KR100852604B1 - 밸런스형 탄성 표면파 필터 - Google Patents

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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

본 발명은 통과대역 내의 삽입손실 및 VSWR 특성이 우수하고, 또한 대형화를 초래하지 않으며, 불평형 신호단자측의 임피던스와 평형 신호단자측의 임피던스의 비를 용이하게 1:2로 설정하는 것이 가능한 밸런스형 탄성 표면파 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 밸런스형 탄성 표면파 필터(1)는, 불평형 신호단자(31)에 접속된 제1의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부(11)와, 제1, 제2의 평형 신호단자(32, 33)에 접속된 제2의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부(21)가 2단 종속(縱續; cascade) 접속되어 있으며, 제1의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부(11)의 중앙의 제2의 IDT(13)의 협피치 전극지부의 전극지의 개수를 N1, 제2의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부(21)의 중앙의 제5의 IDT(23)의 협피치 전극지부의 전극지의 개수를 N2로 했을 때, N1＞N2로 되어 있다.
탄성 표면파 필터, 압전기판, IDT, 협피치 전극지부

Description

밸런스형 탄성 표면파 필터{BALANCED SURFACE ACOUSTIC WAVE FILTER}
본 발명은 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부가 2단 종속(縱續; cascade) 접속된 탄성 표면파 필터에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 평형-불평형 변환기능을 갖는 밸런스형 탄성 표면파 필터에 관한 것이다.
휴대전화기의 소형화 등에 따라, 대역 필터를 포함하는 RF단의 소형화가 강하게 요구되고 있다. 그래서, 최근, 상기 대역 필터로서, 고주파에 대응할 수 있으며, 또한 평형-불평형 변환기능을 갖는 밸런스형 탄성 표면파 필터가 사용되어 오고 있다.
상기 평형-불평형 변환기능을 갖는 밸런스형 탄성 표면파 필터의 출력단은, 평형 입출력 혹은 차동 입출력을 갖는 믹서 IC, 즉 평형형 믹서 IC에 접속된다. 평형형 믹서 IC를 사용한 경우, 노이즈의 영향을 저감할 수 있으며, 또한 출력의 안정화를 도모할 수 있다. 따라서, 평형형 믹서 IC는 휴대전화기의 특성을 높이기 위해서 널리 사용되어 오고 있다.
그런데, RF단에 사용되는 탄성 표면파 필터의 임피던스는, 통상, 50Ω이다. 이에 비해서, 지금까지의 평형형 믹서 IC의 입력 임피던스는 150∼200Ω이 주류이다. 그래서, 평형-불평형 변환기능을 갖는 탄성 표면파 필터에서는, 불평형 신호단 자와 평형 신호단자의 임피던스비가 약 1:3∼1:4의 범위로 되어 있는 경우가 많았다.
상기와 같은 평형-불평형 변환기능을 갖는 탄성 표면파 필터의 일례가, 하기의 특허문헌 1에 기재되어 있다. 도 15는 특허문헌 1에 기재된 밸런스형 탄성 표면파 필터의 전극구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
탄성 표면파 필터(501)에서는, 불평형 신호단자(502)에, 제1의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터(511)가 접속되어 있다. 제1의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터(511)는, 표면파 전파방향을 따라 배치된 IDT(512∼514)를 갖는다. 중앙의 IDT(513)가 불평형 신호단자(502)에 접속되어 있다. 한편, IDT(512∼514)가 형성되어 있는 영역의 표면파 전파방향 양측에는 반사기(515, 516)가 배치되어 있다.
한편, 제1의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터(511)에, 제2의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터(521)가 접속되어 있다. 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터(521)는 표면파 전파방향으로 배치된 IDT(522∼524)와, 반사기(525, 526)를 갖는다. 여기에서는, 양측의 IDT(522, 524)가 신호선(505, 506)에 의해, IDT(512, 514)에 각각 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 중앙의 IDT(523)는 표면파 전파방향으로 분할된 제1의 IDT부(523a)와, 제2의 IDT부(523b)를 갖는다. IDT부(523a, 523b)가, 각각, 제1, 제2의 평형 신호단자(503, 504)에 전기적으로 접속되어 있다.
탄성 표면파 필터(501)에서는, 상기와 같이 제1의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부(511) 및 제2의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부(521)가 종속 접속되어 있으며, 여기에서는, 평형 신호단자(503, 504)측의 임피던스는 200Ω인 것이 기재되어 있다. 즉, 전술한 임피던스비가 1:4인 밸런스형 탄성 표면파 필터(501)가 개시되어 있다.
한편, 하기의 특허문헌 2에는, 평형-불평형 변환기능을 갖지 않는, 탄성 표면파 필터가 개시되어 있다. 도 16에 나타내는 바와 같이, 특허문헌 2에 기재되어 있는 탄성 표면파 필터(601)에서는, 제1의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터(602)와, 제2의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터(603)가 종속 접속되어 있다. 입력단자(604)에 제1의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부(602)가 접속되어 있고, 제2의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부(603)에 출력단자(605)가 접속되어 있다.
특허문헌 2에서는, 제1의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부(602)에 있어서의 전극지(電極指; electrode finger) 교차폭과, 제2의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부(603)의 전극지 교차폭을 다르게 함으로써, 입력 임피던스가 50Ω으로 되고, 출력 임피던스가 150Ω으로 되어 있다. 즉, 전술한 임피던스비가 1:3인 2소자 종속 접속형의 탄성 표면파 필터가 구성되어 있다.
특허문헌 1: 일본국 특허공개 평11-97966호 공보
특허문헌 2: 일본국 특허공개 평9-321574호 공보
최근, 상기 탄성 표면파 필터의 후단에 접속되는 평형형 믹서 IC로서, 입력 임피던스가 100Ω인 평형형 믹서 IC가 증가하고 있다. 따라서, RF단에 사용되는 탄성 표면파 필터에 있어서도, 출력 임피던스를 낮게 하는 것이 요구되고 있다. 즉, 입력측 임피던스와 출력측 임피던스의 비가 약 1:2인, 평형-불평형 변환기능을 갖는 탄성 표면파 필터가 요구되고 있다.
전술한 특허문헌 2에 기재된 구성에서는, 평형-불평형 변환기능을 갖지 않는 2소자 종속 접속형의 탄성 표면파 필터(601)에 있어서, 제1의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부(602)에 있어서의 전극지 교차폭을 넓게 하고, 제2의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부(603)에 있어서의 전극지 교차폭을 좁게 함으로써, 입출력 임피던스비가 1:3으로 되어 있었다. 그러나, 이러한 구성에서는, 종속 접속부에 있어서 임피던스 부정합이 발생하기 쉬워지고, 통과대역 내의 삽입손실이 커진다고 하는 문제가 있었다.
또한, 전술한 특허문헌 1에 기재된 밸런스형 탄성 표면파 필터(501)에서는, 제2의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부(521)에 있어서의 중앙의 IDT인 제5의 IDT(523)가 IDT부(523a, 523b)로 2분할되어 있으며, IDT부(523a, 523b)가 직렬 접속되어 있었다. 따라서, 평형 신호단자(503, 504)의 임피던스가 높아지지 않을 수 없었다. 따라서, 상기와 같이 임피던스비가 1:4로 되어 있다. 이러한 구성에 있어서, 특허문헌 2에 기재된 바와 같이 전극지 교차폭을 변화시킴으로써 임피던스비를 조정하는 것도 고려된다. 그러나, 전극지 교차폭을 변화시키는 방법을 채용해서, 입출력 임피던스비를 1:2로 하기 위해서는, 평형 신호단자(503, 504)에 접속되는 IDT(523)에 있어서의 전극지 교차폭을, 불평형 신호단자(502)에 접속되어 있는 IDT(513)의 전극지 교차폭의 2배 정도로 크게 하지 않으면 안 된다. 그 때문에, 전극구조가 커지지 않을 수 없으며, 나아가서는 탄성 표면파 필터(501) 전체의 치수가 커지지 않을 수 없다.
본 발명의 목적은, 상술한 종래기술의 현상(現狀)을 감안하여, 통과대역 내의 삽입손실의 악화를 초래하지 않고, 또한 소자 사이즈의 증대를 초래하지 않으며, 불평형 신호단자의 임피던스와 평형 신호단자와의 임피던스의 비가 약 1:2로 될 수 있는 밸런스형 탄성 표면파 필터를 제공하는 데 있다.
본 발명은, 불평형 신호단자와, 제1, 제2의 평형 신호단자를 갖는 평형-불평형 변환기능을 갖는 밸런스형 탄성 표면파 필터로서, 압전기판과, 상기 압전기판상에 있어서 표면파 전파방향을 따라 배치된 제1∼제3의 IDT를 가지며, 상기 불평형 신호단자에 제2의 IDT가 접속되어 있는 제1의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부와, 상기 압전기판상에 있어서 표면파 전파방향을 따라 배치된 제4∼제6의 IDT를 가지며, 상기 제1의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부에 종속 접속되어 있고, 상기 제1, 제2의 평형 신호단자에 제5의 IDT가 접속되어 있는 제2의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부를 구비하며, 상기 제2의 IDT 및 제5의 IDT가, 각각, 제1, 제3의 IDT 및 제4, 제6의 IDT와 서로 이웃해 있는 측의 단부로부터 표면파 전파방향에 있어서 당해 IDT의 중앙측을 향하는 일부의 전극지의 주기가, 당해 IDT의 중앙의 전극지 부분의 주기보다도 작게 되어 있는 협피치 전극지부를 갖고, 상기 제2의 IDT의 협피치 전극지부의 전극지의 개수를 N1, 상기 제5의 IDT의 협피치 전극지부의 전극지의 개수를 N2로 했을 때에, N1＞N2로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터의 어느 특정의 국면에서는, 상기 제2의 IDT의 협피치 전극지부의 전극지 피치를 P1, 상기 제5의 IDT의 협피치 전극지부의 전극지 피치를 P2로 했을 때에, P1＞P2로 되어 있다.
본 발명에 따른 밸런스형 탄성 표면파 필터의 다른 특정의 국면에서는, 상기 제1의 IDT와, 상기 제4의 IDT를 접속하고 있는 제1의 신호선과, 상기 제3의 IDT와 상기 제6의 IDT를 접속하고 있는 제2의 신호선을 가지며, 상기 제1의 신호선을 전송하는 전기신호의 위상과, 상기 제2의 신호선을 전송하는 전기신호의 위상이 180° 다르도록, 상기 제1∼제6의 IDT가 구성되어 있다.
본 발명에 따른 밸런스형 탄성 표면파 필터에서는, 압전기판상에 있어서, 제1의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부와, 제2의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부가 종속 접속되어 있으며, 제1의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부가 불평형 신호단자에, 제2의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부가 제1, 제2의 평형 신호단자에 접속되어 있다. 따라서, 평형-불평형 변환기능을 갖는 탄성 표면파 필터가 구성되어 있다. 그리고, 제2의 IDT의 협피치 전극지부의 전극지의 개수를 N1, 제5의 IDT의 협피치 전극지부의 전극지의 개수를 N2로 했을 때에, N1＞N2로 되어 있기 때문에, 후술하는 실험예로부터 명백하듯이, 삽입손실이나 VSWR의 저하를 초래하지 않고, 불평형 신호단자에 접속되어 있는 제1의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부의 임피던스를 크게 변화시킬 수 있으며, 불평형 신호단자측의 임피던스와, 제1, 제2의 평형 신호단자측의 임피던스와의 비인 임피던스비를 대폭으로 변경할 수 있고, 상기 임피던스비가 1:2인 밸런스형 탄성 표면파 필터를 용이하게 제공하는 것이 가능해진다.
따라서, 본 발명에 따르면, 출력 임피던스가 100Ω인 평형형 믹서 IC를 후단에 접속할 수 있으며, 양호한 필터 특성을 갖고, 게다가 평형-불평형 변환기능을 갖는 탄성 표면파 필터를 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명을 이용함으로써, 예를 들면 휴대전화기의 RF단의 소형화를 촉진하는 것이 가능해진다.
제2의 IDT의 협피치 전극지부의 전극지 피치를 P1, 제5의 IDT의 협피치 전극지부의 전극지 피치를 P2로 했을 때에, P1＞P2로 되어 있는 경우에는, 통과대역 내의 삽입손실 및 VSWR을 보다 한 층 저감할 수 있으며, 필터특성을 보다 한 층 개선할 수 있다.
제1의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부의 제1의 IDT와, 제2의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부의 제4의 IDT를 접속하고 있는 제1의 신호선과, 제3의 IDT와, 제6의 IDT를 접속하고 있는 제2의 신호선을 가지며, 제1의 신호선을 전송하는 전기신호의 위상과, 제2의 신호선을 전송하는 전기신호의 위상이 180° 다르도록 제1∼제6의 IDT가 구성되어 있는 경우에는, 위상 평형도 및 진폭 평형도를 높일 수 있다.
한편, 진폭 평형도 및 위상 평형도란, 상기 평형-불평형 변환기능을 갖는 탄성 표면파 장치를 3포트의 디바이스라고 생각하고, 예를 들면 불평형 신호단자를 포트 1, 각 평형 신호단자의 각각을 포트 2, 포트 3으로 했을 때,
진폭 평형도＝｜A｜, A＝｜20log(S21)｜－｜20log(S31)｜ …식(1)
위상 평형도＝｜B｜, B＝｜∠S21－∠S31｜ …(2)
로 정의한다. 한편, S21은 포트 1에서 포트 2로의 전달계수를, S31은 포트 1에서 포트 3으로의 전달계수를 나타내고 있다. 이러한 평형도는, 이상적으로는, 탄성 표면파 장치의 필터특성에 있어서의, 통과대역 내에서 진폭 평형도가 0dB, 위상 평형도는 180도로 되어 있다.
도 1은 본 발명의 제1의 실시형태에 따른 밸런스형 탄성 표면파 필터의 전극구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
도 2는 제1의 실시형태의 탄성 표면파 필터의 삽입손실-주파수 특성을 나타내는 도면이다.
도 3은 제1의 실시형태의 탄성 표면파 필터의 VSWR 특성을 나타내는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 제1의 실시형태의 탄성 표면파 필터부의 불평형 신호단자측 및 평형 신호단자측의 각 반사특성을 나타내는 스미스차트이다.
도 5는 제1의 비교예의 탄성 표면파 필터의 삽입손실-주파수 특성을 나타내는 도면이다.
도 6은 제1의 비교예의 탄성 표면파 필터의 VSWR 특성을 나타내는 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 제1의 비교예의 탄성 표면파 필터부의 불평형 신호단자측 및 평형 신호단자측의 각 반사특성을 나타내는 스미스차트이다.
도 8은 제2의 비교예의 탄성 표면파 필터의 삽입손실-주파수 특성을 나타내는 도면이다.
도 9는 제2의 비교예의 탄성 표면파 필터의 VSWR 특성을 나타내는 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 제2의 비교예의 탄성 표면파 필터부의 불평형 신호단자측 및 평형 신호단자측의 각 반사특성을 나타내는 스미스차트이다.
도 11a 및 도 11b는 제1의 참고예의 탄성 표면파 필터부의 불평형 신호단자측 및 평형 신호단자측의 각 반사특성을 나타내는 스미스차트이다. 도 11의 스미스차트의 규격화 임피던스는, 불평형 신호단자측과 평형 신호단자측을 모두 50Ω으로 하고 있다.
도 12a 및 도 12b는 제1의 참고예의 탄성 표면파 필터부의 불평형 신호단자측 및 평형 신호단자측의 각 반사특성을 나타내는 스미스차트이다.
도 13a 및 도 13b는 제2의 참고예의 탄성 표면파 필터부의 불평형 신호단자측 및 평형 신호단자측의 각 반사특성을 나타내는 스미스차트이다.
도 14a 및 도 14b는 제3의 참고예의 탄성 표면파 필터부의 불평형 신호단자측 및 평형 신호단자측의 각 반사특성을 나타내는 스미스차트이다.
도 15는 종래의 탄성 표면파 필터의 전극구조의 일례를 나타내는 모식적 평면도이다.
도 16은 종래의 탄성 표면파 필터의 전극구조의 다른 예를 나타내는 모식적 평면도이다.
<부호의 설명>
1: 탄성 표면파 필터 2: 압전기판
11: 제1의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부
12∼14: 제1∼제3의 IDT 15, 16: 반사기
21: 제2의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부
22∼24: 제4∼제6의 IDT 25, 26: 반사기
31: 불평형 신호단자 32, 33: 제1, 제2의 평형 신호단자
34, 35: 제1, 제2의 신호선 N: 협피치 전극지부
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명함으로써, 본 발명을 명백히 한다.
도 1은 본 발명의 제1의 실시형태에 따른 밸런스형 탄성 표면파 필터의 전극구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
밸런스형 탄성 표면파 필터(1)는, 40±5°Y커트 X전파의 LiTaO3기판으로 이루어지는 압전기판(2)상에 도시의 전극을 형성한 구조를 갖는다. 즉, 압전기판(2)상에 있어서, 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부(11, 21)가 구성되어 있다.
제1의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부(11)는, 표면파 전파방향을 따라 배치된 제1∼제3의 IDT(12∼14)를 갖는다. 중앙의 제2의 IDT(13)의 일단(一端)이 불평형 신호단자(31)에 접속되어 있다. 한편, IDT(12∼14)의 표면파 전파방향 양측에는 반사기(15, 16)가 배치되어 있다.
제1∼제3의 IDT(12∼14)는, IDT끼리가 서로 이웃해 있는 부분에 있어서 협피치 전극지부(N)를 갖는다. 협피치 전극지부(N)란, 협피치 전극지부(N) 이외의 전극지부의 전극지 피치보다도 상대적으로 전극지 피치가 작은 전극지부를 말하는 것으로 한다. 가령, IDT(12)를 예로 들면, IDT(12)의 IDT(13)와 서로 이웃해 있는 측의 단부로부터 당해 IDT(12)의 중앙을 향하는 일부의 전극지의 피치가 나머지 전극지의 피치보다도 좁게 되어 있다. 이 전극지 피치가 좁은 복수 개의 전극지로 이루어지는 부분이 협피치 전극지부(N)이다.
한편, 협피치 전극지부(N)를 형성함으로써, IDT끼리가 서로 이웃해 있는 부분의 불연속성을 완화할 수 있다.
또한, 중앙의 IDT(13)는, IDT(12)와 서로 이웃해 있는 측의 단부에 형성된 협피치 전극지부(N)와, IDT(14)와 서로 이웃해 있는 측의 단부에 형성된 협피치 전극지부(N)를 갖는다. 즉, IDT(13)에서는, IDT(12, 14)측의 각 단부로부터 IDT(13)의 중앙측을 향하는 복수 개의 전극지의 전극지 피치가 상대적으로 IDT(13)의 중앙에 위치하고 있는 전극지부의 전극지 피치보다도 좁게 되어, 상기 협피치 전극지부(N, N)가 형성되어 있다. IDT(14)에 있어서도, IDT(12)와 마찬가지로 협피치 전극지부(N)가 형성되어 있다.
제2의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부(21)는, 표면파 전파방향을 따라 배치된 제4∼제6의 IDT(22∼24)를 갖는다. IDT(22∼24)가 형성되어 있는 영역의 표면파 전파방향 양측에 반사기(25, 26)가 배치되어 있다.
중앙의 제5의 IDT(23)의 일단이 제1의 평형 신호단자(32)에, 타단이 제2의 평형 신호단자(33)에 전기적으로 접속되어 있다.
IDT(22∼24)는, IDT(12∼14)와 마찬가지로, 협피치 전극지부(N)를 갖는다. 즉, IDT(22)의 IDT(23)측의 단부, IDT(23)의 IDT(22)측의 단부 및 IDT(24)측의 단부, 그리고 IDT(24)의 IDT(23)측의 단부에, 각각, 협피치 전극지부(N)가 형성되어 있다.
제1의 IDT(12)의 일단이, 제1의 신호선(34)에 의해 제4의 IDT(22)에 전기적으로 접속되어 있으며, 제3의 IDT(14)의 일단이, 제2의 신호선(35)에 의해 제6의 IDT(24)에 접속되어 있다.
본 실시형태에서는, 제2의 IDT(13)의 전극지의 개수는 짝수개로 되어 있다. 또한, 제1의 IDT(12)와 제3의 IDT(14)는, IDT(13)의 중심을 지나며 또한 표면파 전파방향과 직교하는 가상선에 대하여 선대칭으로 배치되어 있다. 따라서, 제1의 신호선(34)을 흐르는 전기신호의 위상과, 제2의 신호선(35)을 흐르는 전기신호의 위상은 180°반전되어 있다.
한편, 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부(11, 21)를 포함하는 전극구조는 Al이나 Al합금 등의 적절한 금속에 의해 구성될 수 있다.
본 실시형태의 탄성 표면파 필터(1)의 특징은, 제2의 IDT(13)의 1개의 협피치 전극지부(N)의 전극지의 개수 N1이, 제5의 IDT(23)의 1개의 협피치 전극지부(N)의 전극지의 개수 N2보다도 크게 되어 있는 데 있다. 그것에 의해, 불평형 신호단자(31)측의 임피던스와, 평형 신호단자(32, 33)측의 임피던스의 비인 임피던스비를, 용이하게 조정할 수 있으며, 예를 들면 1:2로 설정할 수 있다. 이것을 구체적인 실험예에 기초해서 설명한다.
이하의 실험예에서는, 압전기판(2)으로서 40±5°Y커트 X전파의 LiTaO3기판을 사용하여, GSM850 수신용 탄성 표면파 필터를 제작하였다. 이 탄성 표면파 필터 의 통과대역은 869∼894MHz이다. 그리고, 이하와 같이 해서 각 전극을 형성하고, 불평형 신호단자(31)측의 임피던스를 50Ω, 평형 신호단자(32, 33)측의 임피던스를 100Ω으로 하였다.
IDT(12∼14, 22∼24)에 있어서의 협피치 전극지부(N) 이외의 전극지부의 전극지 피치로 정해지는 파장을 λI로 한다.
전극지 교차폭: 24.2λI.
탄성 표면파 필터부(11)에 있어서의 IDT의 전극지의 개수: IDT(12)/IDT(13)/IDT(14)＝28(4)/(8)38(8)/(4)28.
여기에서, 28(4)는 제1의 IDT(12)의 협피치 전극지부 이외의 전극지의 개수가 28이고, 협피치 전극지부(N)의 전극지의 개수가 4개인 것을 의미한다. 따라서, (8)38(8)은 제2의 IDT(13)에 있어서, 한쪽의 협피치 전극지부(N)의 전극지의 개수 N1이 8개이고, 중앙의 협피치 전극지부 이외의 전극지의 개수가 38이며, 다른쪽측의 협피치 전극지부(N)의 전극지의 개수 N1이 8개인 것을 의미한다.
탄성 표면파 필터부(21)의 IDT의 전극지의 개수＝IDT(22)/IDT(23)/IDT(24)＝28(4)/(4)38(4)/(4)28. 따라서, N2＝4이다.
반사기(15, 16, 25, 26)의 전극지의 개수＝30개.
IDT 및 반사기에 있어서의 메탈라이제이션 비율(metallization ratio)＝0.70.
전극막 두께＝0.079λI.
제2의 IDT(13)에 있어서의 협피치 전극지부의 전극지 피치 P1＝0.946λI, 제 5의 IDT(23)의 협피치 전극지부의 전극지 피치 P2＝0.914λI.
상기와 같이 해서 제작된 본 실시형태의 탄성 표면파 필터(1)의 삽입손실-주파수 특성을 도 2에 나타낸다. 또한, 도 3에, 상기 탄성 표면파 필터의 VSWR 특성을 나타낸다. 한편, 도 3에 있어서의 S11은, 불평형 신호단자(31)측의 VSWR 특성을, S22는 평형 신호단자(32, 33)측의 VSWR 특성을 나타낸다. 이하, 본 명세서에 있어서는, S11이 불평형 신호단자측의 특성이고, S22가 평형 신호단자측의 특성인 것을 나타낸다.
도 4a 및 도 4b는 본 실시형태의 탄성 표면파 필터(1)의 불평형 신호단자측 및 평형 신호단자측에 있어서의 반사특성을 나타내는 스미스차트이다.
본 명세서에 있어서 도시하는 스미스차트의 규격화 임피던스는 불평형 신호단자측의 규격화 임피던스를 50Ω, 평형 신호단자측의 규격화 임피던스를 100Ω으로 하고 있다.
비교를 위해서, 전극지 교차폭을 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부에서 다르게 함으로써 임피던스비를 조정한, 제1의 비교예를 이하의 요령으로 제작하였다.
제1의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부의 전극지 교차폭: 44.0λI, 제2의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부에 있어서의 전극지 교차폭: 30.8λI.
IDT의 전극지의 개수: 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부의 어떠한 것에 있어서도, 3개의 IDT의 전극지의 개수는 28(4)/(4)38(44)/(4)28로 하였다.
반사기의 전극지의 개수: 30개.
메탈라이제이션 비율＝0.70.
단, 제2의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부의 중앙의 IDT에서는, 메탈라이제이션 비율 0.60으로 하였다.
전극막 두께＝0.079λI.
다른 구성에 대해서는, 상기 실시형태와 동일하게 해서, 제1의 비교예의 탄성 표면파 필터를 얻었다. 이렇게 해서 얻은 제1의 탄성 표면파 필터의 삽입손실-주파수 특성을 도 5에, VSWR 특성을 도 6에 나타낸다. 또한, 도 7a 및 도 7b는 제1의 비교예의 탄성 표면파 필터의 불평형 신호단자측의 반사특성 및 평형 신호단자측의 반사특성을 각각 나타내는 스미스차트이다.
또한, 불평형 신호단자측의 임피던스와 평형 신호단자측의 임피던스를 조정하기 위해서, 도 15에 나타낸 탄성 표면파 필터(501)를 이하의 요령으로 제작하여, 제2의 비교예의 탄성 표면파 필터를 얻었다.
즉, 도 15에 나타낸 구성에 있어서, 제1의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부(511)의 IDT(512∼514)의 전극지의 개수: IDT(512)/IDT(513)/IDT(514)＝26(5)/(3)44(3)/(5)26.
제2의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부(521)의 IDT(522∼524)의 전극지의 개수＝IDT(522)/IDT(523)/IDT(524)＝26(5)/(7)34(7)/(5)26.
반사기의 전극지의 개수: 30개.
메탈라이제이션 비율＝0.70. 단, IDT(513)의 메탈라이제이션 비율만은 0.60 으로 하였다.
전극막 두께＝0.079λI.
또한, 임피던스를 정합시키기 위해서, 제1, 제2의 평형 신호단자(503, 504) 사이에 47nH의 인덕턴스를 삽입하였다.
도 8은 제2의 비교예의 탄성 표면파 필터의 삽입손실-주파수 특성을, 도 9는 VSWR 특성을 나타낸다. 또한, 도 10a 및 도 10b는 제2의 비교예의 탄성 표면파 필터에 있어서의 불평형 신호단자측의 반사특성 및 평형 신호단자측의 반사특성을 각각 나타내는 스미스차트이다.
도 2∼도 4와, 도 5∼도 7을 비교하면 명백하듯이, 통과대역인 869∼894MHz대에 있어서, 제1의 비교예의 탄성 표면파 필터에서는, 최대 삽입손실이 1.82dB이고, VSWR의 최대값은 1.84였다. 이에 비해서, 상기 실시형태의 탄성 표면파 필터에서는, 삽입손실의 최대값이 1.60dB이고, VSWR의 최대값은 1.53이었다.
따라서, 제1의 비교예에 비하여, 상기 실시형태에 따르면, 통과대역 내에 있어서의 최대 삽입손실을 약 0.2dB 작게 할 수 있으며, VSWR도 약 0.3 저감할 수 있음을 알 수 있다. 이것은, 본 실시형태에서는, 제1의 비교예와는 달리, 종속 접속되어 있는 IDT끼리의 교차폭이 동일하기 때문에, 임피던스의 부정합이 발생하고 있지 않은 것에 의한다. 보다 구체적으로는, IDT(12)의 교차폭과, IDT(22)의 교차폭이 동일하며, IDT(14)의 교차폭과 IDT(24)의 교차폭이 동일하기 때문에, 임피던스 부정합이 발생하고 있지 않다.
한편, 도 2∼도 4와, 도 8∼도 10을 비교하면 명백하듯이, 제2의 비교예에서 는, 통과대역 내의 최대 삽입손실은 1.85dB, VSWR의 최대값은 1.40이었다. 따라서, VSWR의 최대값에 대해서는, 제2의 비교예는, 상기 실시형태보다도 우수하다. 이것은 임피던스 정합을 도모하기 위해서, 제1의 비교예에서는, 제1, 제2의 평형 신호단자(503, 504) 사이에 상술한 인덕턴스를 삽입하고 있기 때문이다. 이 인덕턴스를 삽입하지 않았던 경우에는, 제2의 비교예에 있어서의 통과대역 내에 있어서의 VSWR의 최대값은 상기 실시형태보다도 뒤떨어져서, 약 2.00이 된다.
또한, 통과대역 내의 최대 삽입손실은 상기 실시형태에 따르면, 제2의 비교예의 탄성 표면파 필터보다도 0.25dB 개선됨을 알 수 있다. 이것은, 제2의 비교예에 비하여, 상기 실시형태에서는, 교차폭이 작기 때문에, 오믹 저항이 작아진 것에 의한다.
또한, 상기 실시형태의 탄성 표면파 필터(1)에 있어서의 교차폭에 대하여, 제2의 비교예에 있어서의 전극 교차폭은 약 2.4배로 되어 있다. 즉, 제2의 비교예에서는, 교차폭을 크게 할 필요가 있기 때문에, 압전기판의 면적을 크게 하지 않으면 안 되고, 나아가서는 탄성 표면파 필터 소자 전체의 치수가 커지지 않을 수 없다. 따라서, 상기 실시형태에서는, 제2의 비교예에 비하여 소자 사이즈의 소형화를 도모할 수 있으며, 또한 1장의 웨이퍼로부터 제작될 수 있는 탄성 표면파 필터 소자의 수를 많게 할 수 있다. 따라서 생산성도 높아진다.
상기와 같이, 제1, 제2의 비교예의 탄성 표면파 필터에 비하여, 본 실시형태의 탄성 표면파 필터(1)에 따르면, 통과대역 내의 삽입손실 및 VSWR을 개선할 수 있다. 게다가, 전술한 바와 같이, 협피치 전극지부 N1, N2를, N1＞N2로 한 것에 의 해, 불평형 신호단자(31)와, 평형 신호단자(32, 33)와의 임피던스비를 용이하게 1:2로 할 수 있다.
탄성 표면파 필터(1)와 같은 탄성 표면파 필터에서는, 통상, 입력 임피던스는 50Ω으로 해서 설계된다. 따라서, 상기 N1, N2의 수를 조정함으로써, 통과대역 내의 VSWR이나 최대 삽입손실을 악화시키지 않고, 평형 신호단자(32, 33)에 있어서의 임피던스를 용이하게 100Ω으로 할 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 통과대역 내의 특성을 손상시키지 않고, 주로 평형 신호단자(32, 33)측의 임피던스를 포함시키도록, 불평형 신호단자(31)측의 임피던스와 평형 신호단자(32, 33)측의 임피던스를 용이하게 변화시킬 수 있는 이유는 명확하지 않으나, 도 11∼도 14를 참조해서 실험적으로 설명한다.
우선, 탄성 표면파 필터(1)에 있어서, 불평형 신호단자(31)와, 평형 신호단자(32, 33)의 임피던스를 모두 50Ω으로 하도록 설계한 제1의 참고예의 반사특성을 도 11a 및 도 11b에 나타낸다. 도 11의 스미스차트의 규격화 임피던스는 불평형 신호단자측과 평형 신호단자측을 모두 50Ω으로 하고 있다. 이때의 설계 파라미터는 이하와 같다.
교차폭: 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부(11, 21)의 어떠한 것에 있어서도 44.0λI.
IDT의 전극지의 개수: 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부(11, 21)의 어떠한 것에 있어서도, 28(4)/(4)38(4)/(4)28.
반사기의 전극지의 개수: 30개.
메탈라이제이션 비율: 0.70.
전극막 두께: 0.079λI.
상기와 같이 해서 설계된 제1의 참고예의 탄성 표면파 필터의 불평형 신호단자측의 임피던스를 50Ω, 평형 신호단자측의 임피던스를 100Ω으로 해서 본 반사특성을 도 12a 및 도 12b에 나타낸다. 당연한 것이지만, S22측, 즉 평형 신호단자측의 임피던스는, 정합점인 100Ω에서 크게 벗어난다.
다음으로, S22측의 임피던스를 100Ω으로 변화시키기 위해서, 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부(11, 21)의 교차폭을, 모두 44.0λI에서 24.2λI로 변경하도록, 제1의 참고예의 탄성 표면파 필터를 변형하여, 제2의 참고예의 탄성 표면파 필터를 얻었다. 이 경우의 반사특성을 도 13a 및 도 13b에 나타낸다. 도 13a 및 도 13b로부터 명백하듯이, S22측의 임피던스가 약 100Ω이 되지만, S11측의 임피던스도 약 100Ω이 되어, 불평형 신호단자측의 임피던스가 정합점인 50Ω에서 크게 벗어나 버림을 알 수 있다.
그래서, 상기 제2의 참고예에 있어서, S11측의 임피던스를 50Ω으로 하기 위해서, 도 1의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부(11)의 중앙의 제2의 IDT(13)의 협피치 전극지부(N)의 전극지의 개수를 4개에서 8개로 변경하여, 제3의 참고예의 탄성 표면파 필터를 얻었다. 이 제3의 참고예의 반사특성을 도 14a 및 도 14b에 나타낸다. 도 14a 및 도 14b로부터 명백하듯이, S22측의 임피던스가 정합점인 100Ω이 되고, 한편 S11측에 있어서의 임피던스가 정합점인 50Ω에 가까워지고 있음을 알 수 있다. 그리고, 최종적으로, 상기 협피치 전극지부(N)의 전극지 피치나 IDT끼 리의 서로 이웃하는 부분의 간격 등의 설계 파라미터를 조정함으로써, 전술한 도 4a 및 도 4b에 나타낸 반사특성이 실현되고 있다.
상기와 같이, 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부(11, 21)가 2단 종속 접속되어 있는 평형-불평형 변환기능을 갖는 밸런스형 탄성 표면파 필터(1)에 있어서, 불평형 신호단자(31)에 접속되어 있는 IDT(13)의 협피치 전극지부(N)의 전극지의 개수 N1을, 평형 신호단자(32, 33)에 접속되어 있는 IDT(23)의 협피치 전극지부(N)의 전극지의 개수 N2보다도 크게 함으로써, 통과대역 내의 삽입손실 및 VSWR이 개선되고, 게다가 평형 신호단자측의 임피던스를 낮춰서 불평형 신호단자와 평형 신호단자(32, 33)의 임피던스비를 약 1:2로 할 수 있는 탄성 표면파 필터를 제공할 수 있음을 알 수 있다.
한편, 상기 실시형태에서는, 상기 임피던스를 조정하기 위해서, 협피치 전극지부의 전극지의 개수 N1, N2 및 협피치 전극지부의 전극지 피치 P1, P2를 다르게 하고 있었으나, N1＞N2로 되면 되고, 반드시 P1＞P2로 할 필요는 없다. 단, P1＞P2도 병용함으로써, 전술한 바와 같이, 통과대역 내의 VSWR 및 최대 삽입손실을 보다 한 층 개선할 수 있어 바람직하다.
또한, IDT마다 듀티비를 다르게 하거나, 전극지 교차폭을 다르게 하는 방법 등의 다른 임피던스 조정방법을 더 병용해도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는, 제1의 신호선(34)을 전송하는 전기신호의 위상과, 제2의 신호선(35)을 전송하는 전기신호의 위상을 180°다르도록 IDT(12∼14, 22∼24)를 구성하였으나, 제1, 제2의 신호선을 전송하는 전기신호의 위상이 동일하 게 되도록, 제1∼제6의 IDT를 구성해도 좋다. 단, 바람직하게는, 제1, 제2의 신호선(34, 35)을 전송하는 전기신호의 위상이 약 180°다르도록, 제1∼제6의 IDT를 구성하는 것이 바람직하며, 그 경우에는, 상기 실시형태와 같이, 진폭 평형도 및 위상 평형도를 높일 수 있다.
한편, 본 실시형태에서는, 압전기판(2)으로서 40±5°Y커트 X전파의 LiTaO3기판을 사용하였으나, 압전기판으로서는, 64°∼72°Y커트 X전파의 LiNbO3기판이나 41°Y커트 X전파의 LiNbO3기판 등의 여러 가지 커트각 및 압전 단결정으로 이루어지는 압전기판을 사용할 수 있다.
한편, 도 1에서는, IDT(12)의 일단 및 IDT(22)의 일단은 접지 전위에 접속되어 있도록 도시되어 있다. 이 IDT(12)의 접지 전위에 접속되어 있는 측의 단부와, IDT(22)의 접지 전위에 접속되어 있는 측의 단부를 압전기판상에 있어서 배선에 의해 접속해도 좋다. 마찬가지로, IDT(14, 24)의 접지 전위에 접속되는 단부끼리를, 압전기판(2)상에 있어서 배선에 의해 접속하도록 구성해도 좋다.
한편, 상기 실시형태에 있어서, 필요에 따라, 1포트 탄성 표면파 공진자를 불평형 신호단자(31)와 제2의 IDT(13)의 일단 사이에 삽입해도 좋다. 또한, 제1의 평형 신호단자(32)와 제5의 IDT(23) 사이와, 제2의 평형 신호단자(33)와 제5의 IDT(23) 사이에 각각 1포트 탄성 표면파 공진자가 삽입되어도 좋다.
또한, 제1의 종결합 탄성 표면파 필터부(11)와 제2의 종결합 탄성 표면파 필터부(21) 사이에 2개의 1포트 탄성 표면파 공진자가 삽입되어도 좋다. 즉, 제1의 IDT(12)와 제4의 IDT(22) 사이에 제1의 1포트 탄성 표면파 공진자가 삽입되고, 제3의 IDT(14)와 제6의 IDT(24) 사이에 제2의 1포트 탄성 표면파 공진자가 삽입되어도 좋다.
또한, 제1의 종결합 탄성 표면파 필터부(11)와 제2의 종결합 탄성 표면파 필터부(21) 사이에 2포트 탄성 표면파 공진자가 삽입되어도 좋다. 즉, 제1의 IDT(12)와 제4의 IDT(22) 사이에 2포트 탄성 표면파 공진자의 제1의 포트가 접속되고, 제3의 IDT(14)와 제6의 IDT(24) 사이에 2포트 탄성 표면파 공진자의 제2의 포트가 접속되어도 좋다.

Claims (3)

  1. 불평형 신호단자와, 제1, 제2의 평형 신호단자를 갖는 평형-불평형 변환기능을 갖는 밸런스형 탄성 표면파 필터로서,
    압전기판과,
    상기 압전기판상에 있어서 표면파 전파방향을 따라 배치된 제1∼제3의 IDT를 가지며, 상기 불평형 신호단자에 제2의 IDT가 접속되어 있는 제1의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부와,
    상기 압전기판상에 있어서 표면파 전파방향을 따라 배치된 제4∼제6의 IDT를 가지며, 상기 제1의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부에 종속(縱續; cascade) 접속되어 있고, 상기 제1, 제2의 평형 신호단자에 제5의 IDT가 접속되어 있는 제2의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부를 구비하며,
    상기 제2의 IDT 및 제5의 IDT가, 각각, 제1, 제3의 IDT 및 제4, 제6의 IDT와 서로 이웃해 있는 측의 단부로부터 표면파 전파방향에 있어서 당해 IDT의 중앙측을 향하는 일부의 전극지(電極指; electrode finger)의 주기가, 당해 IDT의 중앙의 전극지 부분의 주기보다도 작게 되어 있는 협피치 전극지부를 갖고,
    상기 제2의 IDT의 협피치 전극지부의 전극지의 개수를 N1, 상기 제5의 IDT의 협피치 전극지부의 전극지의 개수를 N2로 했을 때에, N1＞N2로 되어 있는 것을 특징으로 하는 밸런스형 탄성 표면파 필터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2의 IDT의 협피치 전극지부의 전극지 피치를 P1, 상기 제5의 IDT의 협피치 전극지부의 전극지 피치를 P2로 했을 때에, P1＞P2로 되어 있는 것을 특징으로 하는 밸런스형 탄성 표면파 필터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1의 IDT와, 상기 제4의 IDT를 접속하고 있는 제1의 신호선과, 상기 제3의 IDT와 상기 제6의 IDT를 접속하고 있는 제2의 신호선을 가지며, 상기 제1의 신호선을 전송하는 전기신호의 위상과, 상기 제2의 신호선을 전송하는 전기신호의 위상이 180°다르도록, 상기 제1∼제6의 IDT가 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 밸런스형 탄성 표면파 필터.
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