KR101350244B1

KR101350244B1 - 튜너블 필터

Info

Publication number: KR101350244B1
Application number: KR1020127019443A
Authority: KR
Inventors: 미치오 카도타; 히데아키 코바야시; 타카시 오가미
Original assignee: 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 2010-01-28
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2014-01-13
Also published as: KR20120096108A; EP2530838A4; JPWO2011093449A1; WO2011093449A1; CN102725959A; EP2533422A3; US8552818B2; CN102725959B; US20120286900A1; JP5799990B2; EP2530838B1; EP2533422A2; JP2013225945A; EP2530838A1

Abstract

통과 대역폭을 확대하거나, 주파수 가변량을 크게 할 수 있는 튜너블 필터를 제공한다.
입력 단자(22)와 출력 단자(23)를 연결하는 직렬 암과, 직렬 암과 그라운드 전위의 사이를 연결하는 병렬 암의 적어도 한쪽에 공진자 회로부(S11, S12)가 마련되어 있고, 공진자 회로부(S11, S12)에 직렬로 제1의 가변 콘덴서(C2, C3)가 접속되어 있으며, 공진자 회로부(S11, S12)에 병렬로 제2의 가변 콘덴서(CP1, CP2)가 접속되어 있고, 공진자 회로부가 LiNbO₃ 또는 LiTiO₃으로 이루어지는 압전 기판(11)과, 압전 기판(11)상에 형성된 전극(12)을 가지는 탄성파 공진자와, 상기 탄성파 공진자에 접속된 대역폭 확대용 인덕턴스(Lx, Lx)를 포함하는 튜너블 필터(1).

Description

튜너블 필터{TUNABLE FILTER}

본 발명은 통신 시스템에 있어서의 대역 필터로서 사용되는 튜너블 필터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 탄성파 공진자를 사용하여 구성되어 있는 튜너블 필터에 관한 것이다.

통신 시스템에 사용되는 대역 필터에 있어서, 통과 대역을 조정할 수 있는 것이 요구되기도 한다. 이와 같은 요구를 충족하는 대역 필터, 즉 튜너블 필터가 여러 가지 제안되어 있다.

예를 들면 하기의 특허 문헌 1에는, 복수의 탄성 표면파 공진자와 가변 커패시터를 사용한 튜너블 필터가 개시되어 있다. 도 46은 특허 문헌 1에 기재된 튜너블 필터의 회로도이다.

튜너블 필터(1101)에서는, 입력단(1102)과 출력단(1103) 사이를 연결하는 직렬 암에, 복수의 직렬 암 공진자(1104, 1105)가 서로 직렬로 접속되어 있다. 또한, 직렬 암과 접지 전위 사이의 복수의 병렬 암에 있어서, 각각, 병렬 암 공진자(1106, 1107)가 접속되어 있다. 직렬 암 공진자(1104, 1105) 및 병렬 암 공진자(1106, 1107)는 탄성 표면파 공진자에 의해 형성되어 있다.

상기 직렬 암 공진자(1104, 1105) 및 병렬 암 공진자(1106, 1107)를 갖는 래더형 필터 회로가 구성되어 있다. 또한, 통과 대역을 조정하는 것을 가능하게 하기 위하여, 가변 커패시터(1108~1115)가 접속되어 있다. 즉, 직렬 암 공진자(1104)에 병렬로, 가변 커패시터(1108)가 접속되어 있으며, 상기 직렬 암 공진자(1104) 및 가변 커패시터(1108)에 직렬로 가변 커패시터(1110)가 접속되어 있다. 마찬가지로, 직렬 암 공진자(1105)에도, 병렬로 가변 커패시터(1109)가 접속되어 있으며, 직렬로 가변 커패시터(1111)가 접속되어 있다.

병렬 암에 있어서도, 병렬 암 공진자(1106)에 병렬로 가변 커패시터(1112)가 접속되어 있으며, 병렬 암 공진자(1106) 및 가변 커패시터(1112)에 직렬로 가변 커패시터(1114)가 접속되어 있다. 마찬가지로, 병렬 암 공진자 1107에 병렬로 가변 커패시터(1113)가 접속되어 있으며, 직렬로 가변 커패시터(1115)가 접속되어 있다.

일본국 공개특허공보 2005-217852호

튜너블 필터(1101)에 있어서는, 직렬 암의 회로 부분에 있어서의 공진 주파수 FrS는 가변 커패시터(1110, 1111)의 용량, 즉 직렬 용량이 작아질수록 높일 수 있다. 또한, 병렬 용량, 즉 가변 커패시터(1108, 1109)에 의한 정전 용량이 커질수록 직렬 암에 있어서의 반공진 주파수 FaS를 낮출 수 있다.

마찬가지로, 병렬 암의 회로 부분의 공진 주파수 FrP 및 반공진 주파수 FaP에 대해서도, 병렬로 접속되는 가변 커패시터(1112, 1113) 및 직렬로 접속되는 가변 커패시터(1114, 1115)의 용량을 변화시킴으로써, 변화시킬 수 있다. 그 때문에, 튜너블 필터(1101) 전체의 중심 주파수를, 상기 가변 커패시터(1108~1115)의 용량을 변화시킴으로써 변화시킬 수 있다.

그러나, 특허 문헌 1에 기재된 튜너블 필터(1101)에서는, 직렬 암 공진자 (1104, 1105) 또는 병렬 암 공진자(1106, 1107)에 사용되고 있는 탄성 표면파 공진자의 전기 기계 결합 계수가 작은 것, 및 주파수 온도 계수(TCF)의 절대값이 크다는 문제가 있었다. 또한, 병렬 암 공진자 및 직렬 암 공진자의 주파수 특성의 구체적인 조합 등은 기재되어 있지 않다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 상황을 감안하여, 탄성파 공진자와 가변 커패시터를 접속한 회로 구성을 포함하는 튜너블 필터를 개량하는 것이다.

본 발명의 목적은 통과 대역폭을 확대하거나 통과 대역폭을 가변할 수 있는 튜너블 필터를 제공하는 것에 있다.

본원의 제1 발명에 따른 튜너블 필터는 입력 단자와 출력 단자를 접속하는 직렬 암 및 상기 직렬 암과 접지 전위 사이의 병렬 암 중의 적어도 한쪽에 형성된 공진자 회로부와, 상기 공진자 회로부에 직렬로 접속된 제1 가변 커패시터와, 상기 공진자 회로부에 병렬로 접속된 제2 가변 커패시터를 포함하고, 상기 공진자 회로부가, LiNbO3 또는 LiTaO3로 이루어지는 압전 기판과, 상기 압전 기판 위에 형성된 전극을 갖는 탄성파 공진자와, 상기 탄성파 공진자에 접속된 대역폭 확대용 인덕턴스를 포함한다.

제1 발명에 따른 튜너블 필터의 어느 특정의 국면에서는, 상기 공진자 회로부가, 직렬 암에 형성된 복수의 직렬 암 공진자 회로부이며, 복수의 상기 직렬 암 공진자 회로부간의 접속점과 접지 전위의 사이에 접속된 결합 소자와, 입력 단자와 접지 전위 사이 및 출력 단자와 접지 전위 사이에 접속된 정합 소자를 더 포함한다.

제1 발명에 따른 튜너블 필터의 다른 특정의 국면에서는, 상기 공진자 회로부로서, 직렬 암과 병렬 암의 양방에 각각 형성된 직렬 암 공진자 회로부와 병렬 암 공진자 회로부를 가지며, 상기 직렬 암 공진자 회로부와 상기 병렬 암 공진자 회로부에 의해 래더형 필터가 구성되어 있다.

제1 발명에 따른 튜너블 필터의 또 다른 특정의 국면에서는, 공진자 회로부가, 복수의 병렬 공진자로 이루어지고, 상기 복수의 병렬 공진자에 상기 대역폭 확대용 인덕턴스가 접속되어 있다.

제1 발명에 따른 튜너블 필터의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 압전 기판의 상면에 오목부가 형성되어 있으며, 압전 기판 위에 형성된 전극이 IDT 전극이며, 상기 탄성파 공진자가 탄성 표면파 공진자이며, 상기 IDT 전극이 상기 오목부에 충전된 금속으로 이루어진다. 이 경우에는, 탄성 표면파 공진자의 전기 기계 결합 계수를 높일 수 있다. 따라서, 대역폭을 넓힐 수 있으며, 아울러 튜너블 필터의 가변 주파수 범위를 넓힐 수 있다.

제1 발명에 따른 튜너블 필터의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 탄성 표면파 공진자가, 상기 압전 기판의 상면을 덮도록 형성된 SiO2 막을 더 포함한다. 이 경우에는, 탄성 표면파 공진자의 주파수 온도 계수(TCF)의 절대값을 작게 할 수 있다. 따라서, 튜너블 필터의 온도 특성을 개선할 수 있다.

제1 발명에 따른 튜너블 필터의 또 다른 특정의 국면에서는, 입력 단자와 출력 단자 사이에 접속되어 있는 커패시터를 더 포함하고 있다.

제1 발명에 따른 튜너블 필터의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 정합 소자 및 상기 결합 소자의 튜너블 필터의 통과 대역에 있어서의 임피던스가 20~105Ω이다. 일반적으로, 매칭 임피던스는 50Ω 또는 75Ω가 사용된다. 삽입 손실적으로 그것에 가까운 값의 임피던스로 하는 것이 바람직하고, ±30Ω의 20~105Ω가 바람직하다.

제1 발명에 따른 튜너블 필터의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 대역폭 확대용 인덕턴스가 스파이럴형상 또는 미앤더형상의 도체 패턴 및 본딩 와이어 중 어느 하나이다.

제1 발명에 따른 튜너블 필터의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 대역폭 확대용 인덕턴스가 스파이럴형상 또는 미앤더형상의 도체 패턴이며, 패키지를 더 포함하고, 상기 스파이럴형상 또는 미앤더형상의 도체 패턴이 상기 압전 기판 위 또는 상기 패키지에 형성되어 있다. 이 경우에는, 대역폭 확대용 인덕턴스를 압전 기판 위 또는 패키지에 형성된 도체 패턴에 의해 형성할 수 있으므로, 튜너블 필터의 소형화를 도모할 수 있다.

제2 발명에 따른 튜너블 필터에서는, 직렬 암에 형성된 직렬 암 공진자와, 병렬 암에 형성된 병렬 암 공진자와, 직렬 암 공진자 및 병렬 암 공진자 중의 적어도 한쪽에 접속된 가변 커패시터를 포함하는 래더형 회로 구성의 튜너블 필터에 있어서, 상기 직렬 암 공진자의 공진 주파수 및 반공진 주파수를 FrS, FaS, 상기 병렬 암 공진자의 공진 주파수 및 반공진 주파수를 FrP, FaP라고 했을 때에, FrS≤{(n-1) FrP+FaP}/n 및 FaP≤{(n-1) FaS+FrS}/n이며, n가 2이상, 30 이하의 정수이다.

제2 발명에 따른 튜너블 필터의 어느 특정의 국면에서는, FrS≤(FrP+FaP)/2, FaP>FrS 및 FaP<FaS이다.

제2 발명에 따른 튜너블 필터의 또 다른 특정의 국면에서는, FrS≤(2 FrP+FaP)/3, FaP>FrS 및 FaP<FaS이다.

제2 발명에 따른 튜너블 필터의 또 다른 특정의 국면에서는, 튜너블 필터의 주파수 가변폭을 (FaP+FrS)/2로 규격화하여 이루어지는 값을 t, 직렬 암 공진자 및 병렬 암 공진자의 공진 주파수와 반공진 주파수의 차이의 절대값을 각각의 공진 주파수로 규격화한 값을 y라고 했을 때에, Δfr=FrS-FrP의 FrP에 대한 비인 Δfr/FrP를 비대역폭 y로 규격화한 값이, 이하의 식 (1)으로 나타낸 값 이하로 되어 있다.

{(2-t/0.9)×(1+y) - (2+t/0.9)}/{(2+t/0.9)×y}×100(%)…(1)

제2 발명에 따른 튜너블 필터의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 직렬 암 공진자의 공진 주파수 FrS와 상기 병렬 암 공진자의 공진 주파수 FrP의 차이의 직렬 암 공진자의 대역폭에 대한 비율의 최대값이 하기의 표 1에 나타낸 범위로 되어 있다.

제2 발명에 따른 튜너블 필터의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 직렬 암 공진자의 공진 주파수 FrS와 상기 병렬 암 공진자의 공진 주파수 FrP의 차이의 직렬 암 공진자의 대역폭에 대한 비율의 최대값이 하기의 표 2에 나타낸 범위로 되어 있다. 이 범위로 되었을 때, 가변폭이 큰 튜너블 필터가 구성된다.

제2 발명에 따른 튜너블 필터의 또 다른 특정의 국면에서는, 최소 3dB 대역폭이, (FrS-FrP)×0.9 또는 (FaS-FaP)×0.9 중의 어느 작은 쪽이고, 최대 주파수 가변폭이 140×(FaP-FrS)/(FaP+FrS)(%) 내지 180×(FaP-FrS)/(FaP+FrS)(%)의 범위로 되어 있다.

제2 발명에 따른 튜너블 필터의 또 다른 특정의 국면에서는, 직렬 암 공진자의 비대역폭 및 병렬 암 공진자의 비대역폭이 모두 13%이상, 60% 이하이다. 이 경우에는, 주파수 가변량을 한층 더 크게 할 수 있다. 보다 바람직하게는, 직렬 암 공진자 및 병렬 암 공진자의 비대역폭은 모두 15%이상이다. 이 경우에는, 주파수 가변량을 한층 더 크게 할 수 있다.

제1, 제2 발명에 따른 튜너블 필터의 또 다른 특정의 국면에서는, LiNbO3의 오일러각이 (0°, 70°~115°, 0°)이고, 듀티비를 X라고 했을 때에, 전극 규격화 막 두께가 하기의 표 3에 나타낸 범위이다.

또한, 본 명세서 및 첨부의 도면에 있어서는, LiNbO3를, 경우에 따라서는 LN라고 약기하기로 한다. 또한, LiTaO3를 경우에 따라서는 LT라고 약기하기로 한다.

또한, 제2 발명에 따른 튜너블 필터의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 직렬 암 공진자 및 병렬 암 공진자가, 벌크파 공진자로 이루어지고, 상기 벌크파 공진자가, 상면이 개구된 캐버티를 갖는 기판과, 상기 기판의 캐버티를 덮도록 기판 위에 형성된 압전 박막 또는 압전 박판과, 상기 압전 박막의 하면에 있어서 상기 캐버티에 면하는 부분에 형성된 제1 여진 전극과, 상기 압전 박막의 상면에 형성되어 있으며, 아울러 상기 제1 여진 전극과 압전 박막을 통하여 대향하도록 배치되어 있는 제2 여진 전극을 갖는다. 이와 같이, 제2 발명에 있어서는, 상기 직렬 암 공진자 및 병렬 암 공진자는 벌크파 공진자에 의해 구성되어도 된다.

상기 제1 여진 전극 및 제2 여진 전극의 한쪽은 2분할되어 있어도 되고, 다른쪽이 2분할된 여진 전극과 압전 박막을 통하여 대향해 있는 공통 여진 전극이어도 된다.

또한, 상기 벌크파 공진자로서는, 두께 미끄럼 진동 공진자를 사용해도 되고, 두께 세로 진동 공진자를 사용해도 된다.

본원의 제3 발명에 따른 튜너블 필터에서는, 입력 단자와 출력 단자를 접속하는 직렬 암 및 상기 직렬 암과 접지 전위 사이의 병렬 암 중의 적어도 한쪽에 형성된 공진자 회로부와, 상기 공진자 회로부에 직렬로 접속된 제1 가변 커패시터와, 상기 공진자 회로부에 병렬로 접속된 제2 가변 커패시터를 포함하고, 상기 공진자 회로부가, 벌크파 공진자와, 상기 벌크파 공진자에 접속된 대역폭 확대용 인덕턴스를 포함하고, 상기 벌크파 공진자가, 상면이 개구된 캐버티를 갖는 기판과, 상기 기판의 캐버티를 덮도록 기판 위에 형성된 압전 박막 또는 압전 박판과, 상기 압전 박막의 하면에 있어서 상기 캐버티에 면하는 부분에 형성된 제1 여진 전극과, 상기 압전 박막의 상면에 형성되어 있으며, 아울러 상기 제1 여진 전극과 압전 박막을 통하여 대향하도록 배치되어 있는 제2 여진 전극을 갖는, 튜너블 필터가 제공된다. 여기에서도, 벌크파 공진자로서는, 두께 미끄럼 진동 공진자를 사용해도 되고, 두께 세로 진동 공진자를 사용해도 된다.

제3 발명에 따른 튜너블 필터에서는, 상기 벌크파 공진자가 두께 미끄럼 진동 공진자이어도 된다. 이 경우, 바람직하게는, 두께 미끄럼 진동 공진자가 LiNbO3로 이루어지는 압전 박막 또는 압전 박판을 사용하고 있으며, 그 오일러각이 이하의 표 4의 범위이다.

제3 발명에 따른 튜너블 필터에서는, 상기 벌크파 공진자가 두께 세로 진동 공진자이어도 된다. 이 경우, 바람직하게는, 두께 세로 진동 공진자가 LiNbO3로 이루어지는 압전 박막 또는 압전 박판을 사용하고 있으며, 그 오일러각이 (0±5°, 107°~137°, ψ), (10±5°, 112°~133°,ψ), (50±5°, 47°~69°, ψ) 또는 (60±5°, 43°~73°, ψ)의 범위 내이다.

제1 발명에 따른 튜너블 필터에서는, 공진자 회로부가, LiNbO3 또는 LiTaO3로 이루어지는 압전 기판을 갖는 탄성파 공진자와, 탄성파 공진자에 접속된 대역폭 확대용 인덕턴스를 포함하기 때문에, 통과 대역폭을 확대할 수 있다.

제2 발명에 따른 튜너블 필터에서는, FrS≤(FrP+FaP)/2, FaP>FrS 및 FaP<FaS을 충족하므로, 통과 대역의 주파수, 예를 들면 통과 대역의 중심 주파수의 가변량을 크게 할 수 있다. 따라서, 주파수 가변 범위가 넓은 튜너블 필터를 제공하는 것이 가능해진다.

도 1(a)는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 튜너블 필터의 회로 구성을 나타낸 도면이며, (b)는 실시형태에서 사용되는 탄성 표면파 공진자를 나타낸 모식적 평면도이며, (c)는 (b) 중의 I-I선을 따른 부분의 정면 단면도이다. (d) 는 (c) 중의 SiO2 막이 존재하지 않는 구조의 정면 단면도이다.
도 2는 제1 실험예에서 측정된 탄성 표면파 공진자의 주파수 특성을 나타낸 도면이며, 실선이 SiO2 막이 형성되어 있는 탄성 표면파 공진자의 임피던스 특성 및 위상 특성을 나타내고, 파선이 SiO2 막이 형성되지 않은 탄성 표면파 공진자의 임피던스 특성 및 위상 특성을 나타낸 도면이다.
도 3(a)는 LN 기판 위에 IDT 전극이 형성되어 있으며, 아울러 SiO2 막이 더 적층되어 있는 탄성 표면파 공진자를 나타낸 정면 단면도이다. (b)는 (a) 중의 SiO2 막이 존재하지 않는 구조의 정면 단면도이다.
도 4는 제2 실험예에 있어서, 36°YX-LiTaO3에 있어서의 탄성 표면파 공진자의 IDT 전극의 규격화 막 두께 H/λ를 변화시킨 경우의 반사 계수의 변화를 나타낸 도면이다.
도 5는 제2 실험예에 있어서, 36°YX-LiTaO3에 있어서의 탄성 표면파 공진자의 IDT 전극의 규격화 막 두께 H/λ를 변화시킨 경우의 전기 기계 결합 계수 k2의 변화를 나타낸 도면이다.
도 6은 제1 실시형태에 따른 튜너블 필터의 회로에 있어서, 가변 커패시터(C2)와 가변 커패시터(C3)의 용량을 동등하게 하고, 가변 커패시터(CP1)와 가변 커패시터(CP2)의 용량을 동등하게 하고, 가변 커패시터(C2)의 용량을 0.7pF, 1pF 또는 2pF로 한 경우의 튜너블 필터의 필터 특성의 변화를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6에서 사용한 튜너블 필터의 회로도이다.
도 8은 LiNbO3 기판 위의 홈에 금속을 충전하여 이루어지는 매립 전극형의 탄성 표면파 공진자 및 LiNbO3 기판 위에 전극이 형성되어 있는 비교를 위한 탄성 표면파 공진자의 임피던스 특성을 나타낸 도면이다.
도 9는 직렬 암 공진자(S1, S2)로서 매립 전극형의 탄성 표면파 공진자를 사용한 경우의 비교예의 튜너블 필터의 주파수 특성을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 튜너블 필터를 설명하기 위한 약도적 평면 단면도이며, 여기에서는 직렬 암 공진자(S1, S2)의 압전 기판 위에 있어서의 실제 레이아웃과 압전 기판이 패키지에 수납되어 있는 상태가 나타나 있다.
도 11은 제1 실시형태에서 측정된 탄성 표면파 공진자의 주파수 특성을 나타낸 도면이며, 실선이 본딩 와이어가 접속되지 않은 탄성 표면파 공진자의 임피던스 특성 및 위상 특성을 나타내고, 파선이 본딩 와이어가 접속되어 있는 탄성 표면파 공진자의 임피던스 특성 및 위상 특성을 나타낸 도면이다.
도 12(a)는 본 발명의 제1 실시형태의 다른 변형예에 있어서, 패키지에 형성된 미앤더형상의 도체 패턴으로 이루어지는 대역폭 확대용 인덕턴스를 설명하기 위한 모식적 평면도이며, (b)는 압전 기판 위에 형성된 스파이럴형상 또는 미앤더형상의 도체 패턴으로 이루어지는 대역폭 확대용 인덕턴스를 설명하기 위한 모식적 평면도이다.
도 13(a)은 제1 실시형태의 변형예에 따른 튜너블 필터의 회로 구성을 나타낸 도면이며, (b)는 커패시터(Cf)의 용량을 변화시킨 경우의 주파수 특성을 나타낸 도면이다.
도 14는 도 13(a)에 나타낸 튜너블 필터에 있어서 커패시터(CF)를 접속하지 않고, 커패시터(C2, C3)의 용량을 0.7pF, 1pF 또는 2pF로 하고, 커패시터(CP1, CP2)의 정전 용량을 0 또는 2pF로 한 경우의 주파수 특성을 나타낸 도면이다.
도 15(a)는 본 발명의 변형예에 따른 튜너블 필터에 접속되는 제2 튜너블 필터의 회로도이며, (b)는 (a)의 가변 커패시터의 정전 용량을 변화시킨 경우의 주파수 특성의 변화를 나타낸 도면이다.
도 16(a)은 도 14(a)에 나타낸 튜너블 필터에 도 15(a)에 나타낸 제2 튜너블 필터를 종속(縱續, cascade) 접속하여 이루어지는 변형예의 튜너블 필터를 나타낸 회로도이며, (b)는 본 변형예의 튜너블 필터의 주파수 특성을 나타낸 도면이다.
도 17은 Al로 이루어지고 듀티가 0.5인 IDT 전극이 10°Y컷 X전파의 LN 기판 위에 형성되어 있는 탄성 표면파 공진자에 있어서의 탄성 표면파의 음속과 IDT 전극의 규격화 막 두께 H/λ의 관계를 나타낸 도면이다.
도 18은 Mo로 이루어지고 듀티가 0.5인 IDT 전극이 10°Y컷 X전파의 LN 기판 위에 형성되어 있는 탄성 표면파 공진자에 있어서의 탄성 표면파의 음속과 IDT 전극의 규격화 막 두께 H/λ의 관계를 나타낸 도면이다.
도 19는 Cu로 이루어지고 듀티가 0.5인 IDT 전극이 10°Y컷 X전파의 LN 기판 위에 형성되어 있는 탄성 표면파 공진자에 있어서의 탄성 표면파의 음속과 IDT 전극의 규격화 막 두께 H/λ의 관계를 나타낸 도면이다.
도 20은 Ni로 이루어지고 듀티가 0.5인 IDT 전극이 10°Y컷 X전파의 LN 기판 위에 형성되어 있는 탄성 표면파 공진자에 있어서의 탄성 표면파의 음속과 IDT 전극의 규격화 막 두께 H/λ의 관계를 나타낸 도면이다.
도 21은 Ag로 이루어지고 듀티가 0.5인 IDT 전극이 10°Y컷 X전파의 LN 기판 위에 형성되어 있는 탄성 표면파 공진자에 있어서의 탄성 표면파의 음속과 IDT 전극의 규격화 막 두께 H/λ의 관계를 나타낸 도면이다.
도 22는 Au로 이루어지고 듀티가 0.5인 IDT 전극이 10°Y컷 X전파의 LN 기판 위에 형성되어 있는 탄성 표면파 공진자에 있어서의 탄성 표면파의 음속과 IDT 전극의 규격화 막 두께 H/λ의 관계를 나타낸 도면이다.
도 23은 W로 이루어지고 듀티가 0.5인 IDT 전극이 10°Y컷 X전파의 LN 기판 위에 형성되어 있는 탄성 표면파 공진자에 있어서의 탄성 표면파의 음속과 IDT 전극의 규격화 막 두께 H/λ의 관계를 나타낸 도면이다.
도 24는 Ta로 이루어지고 듀티가 0.5인 IDT 전극이 10°Y컷 X전파의 LN 기판 위에 형성되어 있는 탄성 표면파 공진자에 있어서의 탄성 표면파의 음속과 IDT 전극의 규격화 막 두께 H/λ의 관계를 나타낸 도면이다.
도 25는 Pt로 이루어지고 듀티가 0.5인 IDT 전극이 10°Y컷 X전파의 LN 기판 위에 형성되어 있는 탄성 표면파 공진자에 있어서의 탄성 표면파의 음속과 IDT 전극의 규격화 막 두께 H/λ의 관계를 나타낸 도면이다.
도 26은 Cu로 이루어지고, 두께가 0.05λ이며 듀티가 0.5인 IDT 전극이 LiNbO3 기판 위에 형성되어 있는 탄성 표면파 공진자의 LN 기판의 오일러각(0°, θ, 0°)의 θ과 반사 계수의 관계를 나타낸 도면이다.
도 27은 Cu로 이루어지고, 두께가 0.05λ이며 듀티가 0.5인 IDT 전극이 LiNbO3 기판 위에 형성되어 있는 탄성 표면파 공진자의 LN 기판의 오일러각(0°, θ, 0°)의 θ과 전기 기계 결합 계수 k2의 관계를 나타낸 도면이다.
도 28은 본 발명의 제2 실시형태의 튜너블 필터의 회로도이다.
도 29는 래더형 필터의 회로 구성예를 나타낸 도면이며, (a)는 입력 단자 측에 직렬 암 공진자가 배치되어 있는 래더형 필터의 회로도이며, (b)는 입력 단자 측에 병렬 암 공진자가 배치되어 있는 래더형 필터를 나타낸 회로도이다.
도 30은 종래의 래더형 필터에 있어서의 병렬 암 공진자의 공진 특성과 직렬 암 공진자의 공진 특성의 관계를 나타낸 도면이다.
도 31은 본 발명의 일실시형태의 튜너블 필터에 있어서의 병렬 암 공진자의 공진 특성과 직렬 암 공진자의 공진 특성의 관계를 나타낸 도면이다.
도 32는 본 발명의 제2 실시형태의 래더형 튜너블 필터의 필터 특성을 나타내고, 주파수를 변화시킬 수 있다는 것을 나타낸 도면이다.
도 33은 Al, Mo, Cu, Ni, Ag, Au, W, Ta 또는 Pt로 이루어지는 전극에 있어서 듀티가 바뀌었을 때의 fa가 벌크 횡파 음속과 일치하는 전극 막 두께를 나타낸 도면이다.
도 34는 FrP와 FaS의 차이가 45MHz로서 구성된 제2 실시형태의 래더형 튜너블 필터의 특성이다.
도 35는 본 발명의 제2 실시형태의 변형예에 있어서의, 래더형 튜너블 필터에 사용되고 있는 벌크파 공진자를 설명하기 위한 정면 단면도이다.
도 36은 본 발명의 제2 실시형태의 변형예에 있어서의 래더형 튜너블 필터의 모식적 평면도이다.
도 37은 본 발명의 제2 실시형태의 변형예에 있어서의 래더형 튜너블 필터의 회로도이다.
도 38은 제2 실시형태의 변형예에 있어서의 래더형 튜너블 필터에 있어서의 직렬 암 공진자 및 병렬 암 공진자의 임피던스 특성을 나타낸 도면이다.
도 39는 제2 실시형태의 변형예에 있어서의 래더형 튜너블 필터의 감쇠량 주파수 특성과 조정 가능 범위를 나타낸 도면이다.
도 40(a) 및 (b)는 본 발명에서 사용되는 벌크파 공진자의 변형예를 나타낸 각 정면 단면도이다.
도 41은 본 발명의 제2 실시형태의 다른 변형예에 따른 래더형 튜너블 필터에 사용되고 있는 두께 미끄럼 벌크파 공진자의 임피던스 특성을 나타낸 도면이다.
도 42는 본 발명의 제2 실시형태의 다른 변형예에 따른 래더형 튜너블 필터에 있어서, LiNbO3로 이루어지는 두께 미끄럼 진동 공진자인 벌크파 공진자에게 코일을 접속한 경우의 대역 변화를 나타낸 임피던스-주파수 특성도이다.
도 43은 본 발명의 제2 실시형태의 다른 변형예에 따른 래더형 튜너블 필터에 사용되고 있는 오일러각(φ, θ, ψ)의 LiNbO3를 사용한 두께 미끄럼 진동 공진자인 벌크파 공진자에 있어서의 오일러각의 φ 및 θ과 비대역폭의 관계를 나타낸 도면이다.
도 44는 본 발명의 제2 실시형태의 다른 변형예에 따른 래더형 튜너블 필터이며, (30°, 90°, ψ)의 오일러각의 LiNbO3로 이루어지는 두께 미끄럼 진동 공진자인 벌크파 공진자를 사용한 경우의 감쇠량 주파수 특성을 나타낸 도면이다.
도 45는 LiNbO3로 이루어지는 압전 재료를 사용한 두께 세로 공진자인 벌크파 공진자의 오일러각의 θ 및 φ와 비대역폭의 관계를 나타낸 도면이다.
도 46은 종래의 튜너블 필터를 설명하기 위한 회로도이다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시형태를 설명함으로써, 본 발명을 명확히 한다.

(제1 실시형태)

도 1(a)는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 튜너블 필터의 회로도이며, (b)는 상기 튜너블 필터에 사용되는 탄성 표면파 공진자의 모식적 평면도이며, (c)는 (b) 중의 I-I선을 따른 부분의 정면 단면도이다. (d)는 (c) 중의 SiO2 막이 존재하지 않는 구조의 정면 단면도이다.

도 1(a)의 튜너블 필터(1)에서는, 입력 단자(22)와 출력 단자(23)를 연결하는 직렬 암에 있어서, 직렬 암 공진자 회로부(S11, S12)가 서로 직렬로 접속되어 있다. 직렬 암 공진자 회로부(S11)에서는, 직렬 암 공진자(S1)의 양측에, 직렬 암 공진자(S1)에 직렬로 인덕턴스(Lx, Lx)가 접속되어 있다. 마찬가지로, 직렬 암 공진자 회로부(S12)에서는, 직렬 암 공진자(S2)의 양측에, 직렬 암 공진자(S2)에 직렬로 인덕턴스(Lx, Lx)가 접속되어 있다. 직렬 암 공진자 회로부(S11)의 입력 측에 있어서, 직렬 암 공진자 회로부(S11)에 직렬로 가변 커패시터(C2)가 접속되어 있다. 또한, 직렬 암 공진자 회로부(S11)의 입력측에 있어서는, 직렬 암과 접지 전위를 연결하는 제1 병렬 암에, 커패시터(C1)가 형성되어 있다.

직렬 암 공진자 회로부(S11) 및 (S12) 간의 접속점과 접지 전위를 연결하는 제2 병렬 암에, 인덕턴스(L1)가 형성되어 있다. 직렬 암 공진자 회로부(S12)의 출력측에 있어서는, 가변 커패시터(C3)가 직렬 암 공진자 회로부(S12)에 접속되어 있다. 출력 단자(23)과 접지 전위의 사이를 연결하는 제3 병렬 암에 커패시터(C4)가 형성되어 있다.

커패시터(C1) 및 (C4)는 튜너블 필터와 전후의 회로와의 임피던스 매칭을 도모하기 위한 정합 소자이다.

인덕턴스(L1)는 직렬 암 공진자 회로부(S11) 및 (S12) 간의 임피던스 매칭을 도모하기 위한 결합 소자이다.

본 실시형태에서는 정합 소자가 커패시터, 결합 소자가 인덕턴스로 구성되어 있지만, 결합 소자는 커패시터로 구성되어 있어도 된다.

게다가, 직렬 암 공진자 회로부(S11)에 병렬로 가변 커패시터(CP1)가 접속되어 있다. 직렬 암 공진자 회로부(S12)에 병렬로 가변 커패시터(CP2)가 접속되어 있다.

즉, 직렬 암 공진자 회로부(S11, S12)에 직렬로 접속되어 있는 가변 커패시터(C2, C3)가 본 발명에 있어서의 제1 가변 커패시터이다. 또한, 직렬 암 공진자 회로부(S11) 및 (S12)에 각각 병렬로 접속되어 있는 가변 커패시터(CP1, CP2)가, 본 발명에 있어서의 제2 가변 커패시터이다. 본 실시형태에서는 모든 직렬 암 공진자 회로부(S11, S12)에, 각각, 제1 가변 커패시터(C2, C3) 및 제2 가변 커패시터(CP1, CP2)가 각각 접속되어 있다.

본 발명에 있어서는, 적어도 1개의 직렬 암 공진자 회로부에 제1 가변 커패시터 및 제2 가변 커패시터가 접속되어 있어도 된다. 또한, 본 실시형태에서는 상기 직렬 암 공진자 회로부(S11, S12)가 형성되어 있었지만, 병렬 암에 유사한 공진자 회로부가 형성되어 있어도 된다. 즉, 병렬 암 공진자와 직렬로 대역폭 확대용 인덕턴스가 접속되어 있는 공진자 회로부가 병렬 암에 형성되어 있어도 된다. 또한, 직렬 암에 형성하지 않고, 병렬 암에만 상기 공진자 회로부를 구성해도 된다. 또한, 병렬 암에 형성된 복수의 공진자에 공통으로 대역폭 확대용 인덕턴스가 접속되어 있어도 된다. 이와 같이 접속함으로써, 대역폭 확대용 인덕턴스의 개수를 줄일 수 있다. 여기서, 병렬 암이란, 상기 직렬 암과 접지 전위를 접속하는 회로부를 가지며, 도 1에서는 병렬 암에 상기 커패시터(C1) 또는 커패시터(C4)가 형성되어 있었지만, 이 커패시터(C1) 또는 (C4)가 형성되어 있는 구성과 마찬가지로 하여 병렬 암을 구성하고, 상기 병렬 암에 상기 공진자 회로부를 형성하면 된다.

본 실시형태에서는, 상기 직렬 암 공진자(S1, S2)는 탄성 표면파 공진자로 이루어진다. 이 탄성 표면파 공진자의 구조를, 직렬 암 공진자(S1)를 대표로 하여 설명한다. 도 1(b), (c) 및 (d)에 나타낸 바와 같이, 직렬 암 공진자(S1)를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자는 압전 기판(11)을 갖는다. 압전 기판(11)은 본 실시형태에서는 오일러각으로 (0°, 105°, 0°)의 LiNbO3 기판이 압전 기판(11)으로서 사용되어 있다.

압전 기판(11)의 상면(11a)에는 오목부로서 복수개의 홈(11b)이 형성되어 있다. 이 홈(11b) 내에 전극 재료를 충전함으로써, IDT 전극(12)이 형성되어 있다. 도 1(b)에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에서는 IDT 전극(12)의 탄성 표면파 전파 방향 양측에, 반사기(13, 14)가 형성되어 있다. 따라서, 1포트형 탄성 표면파 공진자가 구성되어 있다.

반사기(13, 14)도 또한, 압전 기판(11)의 상면(11a) 위에 형성된 오목부, 즉 복수개의 홈에 전극 재료를 충전함으로써 형성되어 있다.

도 1(c), (d)에 나타낸 바와 같이, 상기 IDT 전극(12)의 상면 즉 전극지 부분의 상면은 압전 기판(11)의 상면(11a)과 면일치되어 있다.

따라서, 상기 IDT 전극(12) 및 반사기(13, 14)를 형성한 후에, 압전 기판(11)의 상면(11a)는 평탄하게 되어 있다. 도 1(c)의 구조에서는 이 압전 기판(11)의 상면(11a)를 덮도록 SiO2 막(15)이 형성되어 있다. 도 1(d)의 구조에서는, SiO2 막을 형성하지 않는다.

이하, 도 1(c) 및 (d)에 나타낸 탄성 표면파 공진자를, 매립 전극형의 탄성 표면파 공진자로 한다.

본 실시형태의 튜너블 필터(1)에서는, 직렬 암 공진자(S1, S2)가 상기 매립 전극형의 탄성 표면파 공진자로 이루어지기 때문에, 탄성 표면파 공진자의 전기 기계 결합 계수 k2를 높일 수 있으며, 이에 따라 비대역폭을 넓히는 것이 가능해진다. 부가적으로, SiO2 막이 성막되어 있기 때문에, 주파수 온도 계수(TCF)의 절대값을 작게 하고, 온도 변화에 따른 특성의 변화를 작게 하는 것이 가능해진다. 이것을, 이하의 제1 실험예 및 제2 실험예에 의해 설명한다.

(제1 실험예)

도 2의 실선은 15°Y컷 X전파의 LiNbO3 기판, 즉 오일러각이 (0°, 105°, 0°)인 LiNbO3 기판을 사용하고, 전극 재료로서 Al를 사용하고, 탄성 표면파 공진자의 파장을 λ라고 했을 때에, IDT 전극(12)의 막 두께를 0.17λ으로 하고, SiO2 막의 막 두께를 0.22λ라고 했을 때의 탄성 표면파 공진자의 임피던스 특성 및 위상 특성을 나타낸 도면이다. 비교를 위하여, SiO2 막이 형성되지 않은 것을 제외하고는, 마찬가지로 형성된 도 1(d)에 나타낸 탄성 표면파 공진자의 임피던스-주파수 특성 및 위상 특성을 도 2에 파선으로 나타낸다.

도 2로부터 명백한 바와 같이, 반공진점에 있어서의 임피던스의 공진 주파수에 있어서의 임피던스에 대한 비인 산곡비(山谷比, peak-to-valley current ratio)는 SiO2 막을 형성하지 않은 경우에는 57.5dB인데 비하여, SiO2 막을 형성한 구조에서는 60.2dB으로 크게 하는 것이 가능했다. 게다가, 주파수 온도 계수(TCF)에 대해서는, SiO2 막을 갖지 않는 경우에는 -120ppm/℃이었지만, SiO2 막의 형성에 의해, -10~-30ppm/℃로 그 절대값을 작게 하는 것이 가능했다.

따라서, SiO2 막의 형성에 의해 전기 기계 결합 계수 k2는 다소 작아지지만, 산곡비를 크게 할 수 있다는 것을 알 수 있다. 부가적으로, 온도 특성을 개선할 수 있다는 것을 알 수 있다.

(제2 실험예)

오일러각이 (0°, 126°, 0°)인 LiTaO3 기판을 압전 기판으로서 사용하고, 전극 재료로서 Au를 사용하고, 압전 기판을 덮도록 SiO2 막을 성막하고, 여러 가지 구조의 탄성 표면파 공진자를 제작했다. 탄성 표면파 공진자의 IDT 전극의 전극지 피치로 정해지는 파장을 λ라고 했을 때에, SiO2 막의 두께 h를 파장 λ으로 규격화하여 이루어지는 규격화 두께 h/λ는 0.3으로 했다. 준비한 탄성 표면파 공진자로서는, 이하의 제1~제5 탄성 표면파 공진자 A~E를 준비했다.

제1 탄성 표면파 공진자 A: 도 3(a)에 나타낸 바와 같이, 압전 기판(11)의 상면에 IDT 전극(12)을 형성하고, SiO2 막(15)을 더 형성한 구조. SiO2 막의 상면에는 전극이 하부에 위치해 있는 부분에 베이스 전극의 두께에 상당하는 높이의 볼록부가 형성되어 있다.

제2 탄성 표면파 공진자 B:SiO2 막의 상면의 볼록부가 존재하지 않는 것을 제외하고는 제1 탄성 표면파 공진자 A와 마찬가지임. SiO2 막의 상면은 평탄화 되어 있다.

제3 탄성 표면파 공진자 C: 압전 기판의 상면에 형성된 홈에 전극 재료를 충전함으로써 IDT 전극 및 반사기가 형성되어 있는 구조. 전극의 상면과 압전 기판의 상면이 면 일치되어 있다. SiO2 막의 상면에는 전극이 하측에 존재하는 부분에 있어서, 전극의 두께와 거의 동등한 높이의 볼록부가 형성되어 있는 구조.

제4 탄성 표면파 공진자 D:SiO2 막의 상면에 볼록부가 형성되지 않고, SiO2 막의 상면이 평탄하게 되어 있는 것을 제외하고는 제3 탄성 표면파 공진자 C와 동일한 구조.

제5 탄성 표면파 공진자 E: 기판 위에 전극만이 형성되고 SiO2가 형성되지 않은 구조.

도 4에, 상기 제1~제5 탄성 표면파 공진자 A~E에 있어서, SiO2 막의 규격화 막 두께가 0.3일 때의, Au 전극의 규격화 막 두께 H/λ를 변화시킨 경우의 반사 계수의 변화를 나타낸다. 또한, 도 5는 상기 제1~제5 탄성 표면파 공진자에 있어서, 전극의 규격화 막 두께 H/λ를 변화시킨 경우의 전기 기계 결합 계수 k2의 변화를 나타낸 도면이다. 주지하는 바와 같이, SiO2 막의 주파수 온도 계수(TCF)는 양의 값을 가지며, LiTaO3 기판의 주파수 온도 계수(TCF)는 음의 값을 갖는다. 따라서, 어느 경우에 있어서도, SiO2 막의 성막에 의해, 주파수 온도 계수(TCF)의 절대값을 작게 할 수 있으며, 온도 특성을 개선하는 것이 가능하다.

무엇보다, 도 4 및 도 5로부터 명백한 바와 같이, SiO2 막을 형성한 경우, 제1 탄성 표면파 공진자 A, 제2 탄성 표면파 공진자 B 및 제3 탄성 표면파 공진자 C에서는 전기 기계 결합 계수 k2가 작아지고, IDT 전극의 규격화 막 두께 H/λ가 증가함에 따라 전기 기계 결합 계수 k2가 작아지는 것을 알 수 있다.

이에 비하여, 제4 및 제5 타입의 탄성 표면파 공진자 D 및 E에서는, IDT 전극의 규격화 막 두께를 특정의 범위로 함으로써, 전기 기계 결합 계수 k2를 높일 수 있는 것을 알 수 있다. SiO2 막의 상면이 평탄한 제4 타입의 탄성 표면파 공진자 D에서는, IDT 전극의 규격화 막 두께를 0.01~0.09로 함로써 전기 기계 결합 계수 k2를 효과적으로 높일 수 있는 것을 알 수 있다. 제5 타입의 탄성 표면파 공진자 E에서는, IDT 전극의 규격화 막 두께 0.01~0.04에서 큰 전기 기계 결합 계수 k2를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.

또한, 도 4로부터 명백한 바와 같이, 제1~제5 어느 타입의 탄성 표면파 공진자 A~E에 있어서도, IDT 전극의 막 두께가 두꺼워짐에 따라, 반사 계수가 높아지는 것을 알 수 있다.

제3~제4 탄성 표면파 공진자 C~D의 결과를 비교하면, 상면에 볼록부가 형성되어 있는 제3 탄성 표면파 공진자 C에 있어서, 제4 탄성 표면파 공진자 D보다, IDT 전극의 규격화 막 두께가 동일하면, 반사 계수를 높일 수 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 반사 계수를 높이기 위해서는, SiO2 막의 상면에 볼록부를 형성하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.

무엇보다, 반사 계수는 용도에 따라 어느 정도(예를 들어 0.02) 이상 있으면 되므로, IDT 전극의 막 두께의 편차에 의한 반사 계수의 편차를 낮추거나, 넓은 대역의 공진자를 구성하는데 있어서는 SiO2 막의 상면이 평탄화된 제4 타입의 탄성 표면파 공진자 D 또는 E가 바람직하다는 것을 알 수 있다.

상기와 같이, 본 실험예에 의하면, 오일러각이 (0°, 126°, 0°)인 LiTaO3의 압전 기판의 상면에 형성된 홈에 Au를 매립하고, IDT 전극을 형성하고, SiO2 막을 형성한 구조에 있어서는, SiO2 막의 표면이 평탄한 경우에는 IDT 전극의 규격화 막 두께를 0.01~0.09로 함으로써, 전기 기계 결합 계수를 효과적으로 높일 수 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 비대역폭을 넓힐 수 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 튜너블 필터의 직렬 암 공진자 또는 병렬 암 공진자에 사용한 경우, 한층 더 효과적으로 튜너블 필터의 주파수 특성을 조정할 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, Au 이외의 전극에서도 동일한 결과가 얻어지고 있다.

(튜너블 필터(1)의 주파수 특성)

후술하는 도 8의 실선으로 나타낸 탄성 표면파 공진자를 사용한 상기 튜너블 필터(1)의 주파수 특성을 도 6에 나타낸다. 여기에서는 가변 커패시터(C2)와 가변 커패시터(C3)의 용량을 동등하게 하고, 가변 커패시터(CP1)와 가변 커패시터(CP2)의 용량을 동등하게 한 구조에 있어서, 정전 용량을 도 6에 나타낸 바와 강티 변화시킨 경우의 주파수 특성을 도 6에 나타낸다. 또한, 대역폭 확대용 인덕턴스(Lx)의 인덕턴스값은 4.5nH로 했다.

도 6으로부터 명백한 바와 같이, 가변 커패시터(C2) 및 (CP1)의 용량의 크기를, C2=0.7pF 및 CP1=0(CP1를 접속하지 않음), C2=1pF 및 CP1=0, 그리고 C2=2pF 및 CP1=4pF로 변화시킨 경우, 중심 주파수를 1790MHz, 1680MHz 및 1460MHz로 20% 변화시킬 수 있다. 따라서, 주파수 가변량을 아주 크게 할 수 있다.

다음으로, 도 1(a)에 있어서의 대역폭 확대용 인덕턴스(Lx)를 접속하지 않은 것 및 이하에 기술하는 제3 커패시터(Cf)를 접속한 것을 제외하고는, 상기 실시형태와 마찬가지로 하여 구성된, 즉 도 7에 나타낸 비교예의 튜너블 필터(41)를 제작했다. 또한, 제3 커패시터(Cf)를 접속하지 않은 경우에도, 제3 커패시터(Cf)를 접속한 경우와 유사한 결과가 얻어지고 있다. 따라서, 비교예의 튜너블 필터(41)는 제3 커패시터(Cf)를 갖지만, 상기 실시형태와의 대비에 사용할 수 있는 것이다.

이 비교예의 튜너블 필터(41)에서는, 통과 대역폭을 변화시키지 않고 아울러 통과 대역보다 고역측에 있어서의 감쇠량을 열화시키지 않고, 중심 주파수를 변화시킬 수 있다. 도 8 및 도 9를 참조하여 이것을 설명한다. 도 8의 실선은 LiNbO3 기판 위의 홈에 금속을 충전한 탄성 표면파 공진자의 일례의 임피던스-주파수 특성을 나타내고, 파선은 LiNbO3 기판 위에 전극이 형성되어 있는 비교를 위한 탄성 표면파 공진자의 임피던스 특성을 나타낸다.

상기 비교예의 튜너블 필터(41)에 있어서, 직렬 암 공진자(S1, S2)로서 상기 매립 전극형의 탄성 표면파 공진자를 사용한 경우의 주파수 특성을 도 9에 나타낸다. 여기에서도, 가변 커패시터(C2)와 가변 커패시터(C3)의 용량을 동등하게 하고, 가변 커패시터(CP1)와 가변 커패시터(CP2)의 용량을 동등하게 했다.

도 9로부터 명백한 바와 같이, C2=0.5pF 및 CP1=0(CP1를 접속하지 않음), C2=0.75pF 및 CP1=1pF, 그리고 C2=1.0pF 및 CP1=3pF로 변화시킨 경우, 중심 주파수를 1858MHz, 1798MHz 및 1733MHz로 주파수를 7% 밖에 변화시킬 수 없다.

또한, 도 6과 도 9의 비교로부터 명백한 바와 같이, 본 실시형태의 튜너블 필터(1)은 대역폭 확대용 인덕턴스(Lx)를 포함하고 있으므로, 비교예의 튜너블 필터(41)보다 광대역화를 도모할 수 있다.

또한, 커패시터(C1, C4)의 정전 용량이 2.5pF인 경우의 임피던스값은 1800MHz에서 35Ω로 되고, 외부로부터의 임피던스 50Ω와 거의 정합하므로, 삽입 손실을 작게 할 수 있다. 또한, 상기 인덕턴스(L1)(인덕턴스값 4.5nH)의 1800MHz 부근에서의 임피던스는 45Ω이다.

또한, 도 7의 회로로부터 제3 커패시터(Cf)를 생략하더라도, 제3 커패시터(Cf)를 갖는 경우와 유사한 결과를 얻을 수 있다.

상술한 바와 같이, 도 8은 LN 기판에 매립된 전극을 갖는 탄성 표면파 공진자의 임피던스-주파수 특성과 LN 기판 위에 전극이 형성되어 있는 종래형의 탄성 표면파 공진자의 임피던스-주파수 특성의 비교를 나타낸 도면이다. 매립 전극형의 탄성 표면파 공진자와 매립 전극형이 아닌 탄성 표면파 공진자의 어느 것에 있어서도, 규격화 막 두께 H/λ가 0.1인 Cu의 IDT 전극 및 반사기가 형성되어 있다.

도 8로부터 명백한 바와 같이, 매립 전극형이 아닌 탄성 표면파 공진자에서는 비대역폭 13%이다. 따라서, 매립 전극형의 탄성 표면파 공진자의 비대역폭 17%에 비하여 매립 전극형이 아닌 탄성 표면파 공진자에서는 비대역폭이 좁게 되어 있다는 것을 알 수 있다. 이와 같은 비대역폭이 작은 매립 전극형이 아닌 탄성 표면파 공진자이더라도, 대역폭 확대용 인덕턴스에 의해 공진점을 시프트하면 비대역폭을 확대할 수 있다. 따라서, 튜너블 필터에 있어서 큰 주파수 가변량을 얻을 수 있다. 또한, 여기서 비대역폭이란, 공진 주파수와 반공진 주파수의 차이의 절대값을 공진 주파수로 제산(除算)하여 얻어진 값이다.

(대역폭 확대용 인덕턴스(Lx)의 구성예)

본 실시형태의 튜너블 필터(1)에서는, 탄성 표면파 공진자를 패키지와 전기적으로 접속하는 본딩 와이어에 의해 대역폭 확대용 인덕턴스(Lx)가 구성되어 있다. 이 경우에는, 대역폭 확대용 인덕턴스(Lx)를 구성하기 위한 여분의 부품을 필요로 하지 않기 때문에, 소형화를 도모할 수 있다. 이와 같은 본딩 와이어에 의해 대역폭 확대용 인덕턴스(Lx)를 구성한 구체적인 구조의 예를, 도 10 및 도 11을 참조하여 설명한다.

도 10은 제1 실시형태에 따른 튜너블 필터를 설명하기 위한 약도적 평면 단면도이다. 여기에서는, 직렬 암 공진자(S1, S2)의 압전 기판(200) 위에 있어서의 실제 레이아웃과 상기 압전 기판(200)이 패키지에 수납되어 있는 상태가 나타나 있다.

보다 구체적으로는, 15°Y컷 LiNbO3 기판으로 이루어지는 압전 기판(200)이 사용되고 있다. 압전 기판(200) 위에 있어서, 직렬 암 공진자(S1, S2)가 구성되어 있다.

직렬 암 공진자(S1)는 IDT 전극(12)을 갖는 1포트형 탄성 표면파 공진자이다. IDT 전극(12)은 빗형상 전극(12a, 12b)을 갖는다. IDT 전극(12)의 탄성 표면파 전파 방향 양측에 반사기(13, 14)가 형성되어 있다. IDT 전극(12) 및 반사기(13, 14)는 압전 기판(200)의 상면에 형성된 홈에 전극 재료를 매립함으로써 형성되어 있다. 전극 재료로서는, Cu 전극이 사용되고 있다. IDT 전극(12) 및 반사기(13, 14)의 전극지의 규격화 막 두께는 0.07, 듀티는 0.6으로 되어 있다.

직렬 암 공진자(S2)도 직렬 암 공진자(S1)와 마찬가지로 구성되어 있다.

또한, 압전 기판(200) 위에는 전극막으로 이루어지는 단자(201, 202, 203)가 형성되어 있다. 단자(201)가 IDT 전극(12)의 빗형상 전극 (12b)에 접속되어 있다. 단자(202, 203)는 빗형상 전극(12a)에 전기적으로 접속되어 있다.

직렬 암 공진자(S2)에 있어서도, IDT 전극의 일단이 단자(201A)에 접속되어 있다. IDT 전극의 타단이 단자(202A) 및 (203A)에 접속되어 있다. 단자(201~203) 및 (201A~203A)는 IDT 전극을 구성하는 재료와 동일한 전극 재료로 형성되어 있다.

상기 압전 기판(200)이 패키지(205) 내에 수납되어 있다. 패키지(205) 측에는 전극(206~209)이 형성되어 있다. 단자(201)가 본딩 와이어(211)에 의해 전극 (206)에 접속되어 있다. 마찬가지로, 단자(202)가 본딩 와이어(212)에 의해 전극(207)에 접속되어 있다. 또한, 단자(201A)가 본딩 와이어(213)에 의해 전극 208에 접속되어 있으며, 단자(202A)가 본딩 와이어(214)에 의해 전극(209)에 접속되어 있다. 이제, 본딩 와이어(211, 212)에 의한 영향을 설명하기 위하여, 직렬 암 공진자(S1)를 대표로 하여 설명한다.

도 11의 실선은 본딩 와이어(211, 212)가 접속되기 전의 직렬 암 공진자(S1) 즉 탄성 표면파 공진자의 임피던스 특성 및 위상 특성을 나타낸다. 또한, 실제로는 개개의 압전 기판(200)로 분할하기 전의 마더 웨이퍼에 있어서, 단자(201)에 시그널 전위측의 프로브를 접촉시키고, 단자(202)에 접지 전위측의 프로브의 선단을 접촉시켜서 측정을 실시했다.

또한, 도 11의 파선은 상기 패키지(205)에 압전 기판(200)을 탑재하고, 본딩 와이어(211, 212)에 의해 단자(201, 202)를 전극(206, 207)에 접속한 후의 전극(206, 207) 간의 임피던스 특성 및 위상 특성을 나타낸다. 이 경우에는 마더 웨이퍼를 분할하여, 압전 기판(200)을 얻은 후, 본딩 와이어(211, 212)에 의한 접속을 실시한 후에 측정을 실시했다.

도 11의 파선으로부터 명백한 바와 같이, 전극(206, 207) 간의 임피던스 특성에서는 본딩 와이어의 인덕턴스에 의해 공진점이 저주파수측으로 시프트되어 있으며 따라서, 반공진 주파수와 공진 주파수의 차이인 대역폭이 확대되어 있는 것을 알 수 있다. 즉, 본딩 와이어가 대역폭 확대용 인덕턴스로서 기능하고 있다.

(대역폭 확대용 인덕턴스의 변형예)

상기 제1 실시형태에서는, 본딩 와이어로 이루어지는 대역폭 확대용 인덕턴스를 사용했지만, 도 12(a)에 나타낸 바와 같이, 패키지(205)에 형성된 미앤더형상의 도체 패턴으로 이루어지는 대역폭 확대용 인덕턴스(221)을 사용해도 된다.

또한, 도 12(b)에 나타낸 바와 같이, 패키지(205)가 아니라, 압전 기판(200) 위에 형성된 스파이럴형상의 도체 패턴으로 이루어지는 대역폭 확대용 인덕턴스(221A)를 사용해도 된다.

도 12(a), (b)에 나타낸 바와 같이, 대역폭 확대용 인덕턴스는 스파이럴형상 또는 미앤더형상의 도체 패턴이어도 된다.

도 12(a), (b)에서는, 압전 기판의 전극 형성면이 상측으로 향한, 이른바 페이스 업 타입의 탄성 표면파 공진자 소자 칩이 나타나 있다. 본 발명에서는 탄성 표면파 공진자 소자 칩의 IDT 전극 형성면이 패키지의 실장 전극면에 대향해 있는 페이스 다운 타입의 탄성 표면파 공진자 소자 칩을 사용해도 된다.

페이스 다운 타입의 탄성 표면파 공진자의 대역폭 확대용 인덕턴스(Lx)로서는, 도 12(a), (b)에 나타낸 바와 같은 스파이럴형상 또는 미앤더형상의 도체 패턴이 사용된다.

(제1 실시형태의 변형예)

이하, 도 13~도 16을 참조하면서, 제1 실시형태의 튜너블 필터에 있어서의 변형예를 설명한다.

상기와 같이, 제1 실시형태에서는 도 7에 나타낸 비교예의 튜너블 필터(41)에서 사용되고 있는 제3 커패시터(Cf)는 접속되어 있지 않다. 이 경우, 제3 커패시터(Cf)를 접속한 경우와 마찬가지로, 통과 대역폭을 확대할 수 있으며, 아울러 주파수 가변량을 크게 할 수 있다. 그러나, 도 6에 나타낸 제1 실시형태의 주파수 특성에서는 통과 대역 고역측에 있어서의 필터 특성의 급준성(急峻性)은 높게 할 수 있지만, 저역측에 있어서의 급준성은 그다지 높게 되어 있지 않다.

한편, 듀플렉서의 상대적으로 고주파수측의 대역 통과 필터에 있어서는, 저역측에 있어서의 필터 특성의 급준성이 높은 것이 요구된다. 그러므로, 저역측에 있어서의 필터 특성의 급준성을 높일 수 있는 튜너블 필터의 회로를 검토했다.

즉, 도 1의 회로에 제3 커패시터(Cf)를 추가하고, 도 13(a)에 나타낸 튜너블 필터(51)을 설계했다. 이 튜너블 필터(51)에 있어서, 제3 커패시터(Cf)의 용량을, 0pF, 1pF, 2pF, 5pF 또는 10pF로 변화시킨 경우의 주파수 특성을 도 13(b)에 나타낸다. 도 13(b)으로부터 명백한 바와 같이, 저역측에 있어서의 필터 특성의 급준성을 높게 할 수 있는 것을 알 수 있다.

또한, 튜너블 필터(51)에서는, 도 13(b)에 나타낸 바와 같이, 감쇠극의 고역측에서의 리바운드가 크고, 2400MHz 근방의 감쇠량이 악화된다. 커패시터(C2, C3)의 정전 용량을 동등하게 하고, 커패시터(C2)의 용량을 0.7pF, 1pF 또는 2pF로 하고, 아울러 커패시터(CP1, CP2)의 정전 용량을 동등하게 하고, 커패시터(CP1)의 용량을 0 또는 2pF로 한 경우의 튜너블 필터(51)의 주파수 특성을 도 14에 나타낸다. 도 14로부터 명백한 바와 같이, 커패시터(C2, C3, CP1) 및 (CP2)의 용량값을 변화시켰다고 해도, 2400MHz 근방의 감쇠량이 악화되는 것은 변함없음을 알 수 있다.

그러므로, 튜너블 필터(51)에, 도 15(a)에 나타낸 회로의 제2 튜너블 필터(301)을 종속 접속함으로써, 대역외 감쇠량의 개선을 검토했다. 이 제2 튜너블 필터(301)에서는 인덕턴스(302)와 가변 커패시터(303)가 직렬로 접속 되어 있다.

제2 튜너블 필터(301)에 있어서, 인덕턴스(302)의 인덕턴스값을 60nH로 고정하고, 가변 커패시터(303)의 정전 용량을, 0.13pF, 0.15pF 및 0.19pF로 변화시킨 경우의 주파수 특성의 변화를 도 15(b)에 나타낸다. 도 15(b)로부터 명백한 바와 같이, 가변 커패시터의 정전 용량을 상기와 같이 변화시킴으로써, 중심 주파수를 1800MHz, 1700MHz 및 1530MHz로 주파수를 변화시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 가변 커패시터(303)의 정전 용량을 조정함으로써 제2 튜너블 필터(301)의 중심 주파수를 튜너블 필터(51)의 중심 주파수와 거의 일치시킬 수 있다. 중심 주파수가 튜너블 필터(51)의 중심 주파수와 거의 일치하도록 구성된 제2 튜너블 필터(301)를, 도 16(a)에 나타낸 바와 같이 튜너블 필터(51)에 종속 접속하고, 튜너블 필터(304)를 제작했다. 상기 튜너블 필터(304)의 주파수 특성을 도 16(b)에 나타낸다.

도 14와 도 16(b)의 비교로부터 명백한 바와 같이, 제2 튜너블 필터(301)을 튜너블 필터(1)에 종속 접속한 경우, 통과 대역으로부터 고역측으로 멀어진 위치인 2400MHz 근방의 감쇠량을 크게 할 수 있는 것을 알 수 있다.

상술한 각 실험예에서는, 탄성 표면파 공진자에 대역폭 확대용 인덕턴스가 접속된 직렬 암 공진자 회로부에 가변 커패시터가 접속되어 있는 튜너블 필터에 대하여 설명했지만, 가변 커패시터의 구조에 대해서는 특히 한정되지 않는다. 기계적 또는 전기적으로 정전 용량을 변화시킬 수 있는 적절한 가변 커패시터를 사용할 수 있다.

또한, 제1 실시형태에서는 매립 전극형의 탄성 표면파 공진자를 사용했지만, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 압전 기판의 상면에 IDT 전극이 형성되어 있는 탄성 표면파 공진자를 사용해도 된다. 도 17~도 25는 10°Y컷 X전파 즉 오일러각이 (0°, 100°, 0°)인 LiNbO3의 상면에 Al, Mo, Cu, Ni, Ag, Au, W, Ta 또는 Pt로 이루어지고 듀티가 0.5인 IDT 전극을 형성한 도 3(b)의 구조의 탄성 표면파 공진자의 특성을 나타낸 도면이다. 도 17~도 25에서는 IDT 전극의 규격화 막 두께 H/λ와, 전극 개방시의 스톱 밴드의 상단 및 하단, 및 전극 단락시의 스톱 밴드의 상단 및 하단에 있어서의 각 탄성 표면파의 음속의 관계가 나타나 있다. 도 17~도 25에 있어서, 공진 주파수에 상당하는 음속을 fr, 반공진 주파수에 상당하는 음속을 fa의 기호를 붙여서 나타낸다.

도 3(b)은 (a) 중의 SiO2 막이 존재하지 않는 구조이다.

도 17에 나타낸 바와 같이, 전극이 Al로 이루어지는 경우, fr 및 fa의 양방이 느린 벌크 횡파의 음속인 4060m/초보다 빠르거나 또는 느린 Al 전극의 규격화 막 두께 범위는 0.001~0.03 및 0.115 이상이다. 또한, 도 18에 나타낸 바와 같이, Mo로 이루어지는 전극의 경우에는 Mo로 이루어지는 전극의 규격화 막 두께 범위는 0.001~0.008 및 0.045 이상이면 된다. 다른 전극 금속의 경우도 포함하여 정리하면 하기의 표 5에 나타낸 바와 같다.

즉, 표 5의 제1란에 나타나 있는 금속으로 이루어지는 전극의 경우, 제2란 또는 제3란에 나타낸 규격화 막 두께 범위가 되도록 IDT 전극의 막 두께를 설정하면 된다.

공진 주파수와 반공진 주파수에 상당하는 음속 fr와 fa의 사이에, 느린 벌크 횡파 음속이 위치하지 않도록 하기 위해서는, 표 5의 제2란의 규격화 막 두께 범위라고 하면 된다. 또한 누설 성분의 영향을 없애기 위해서는, 표 5의 제3란의 규격화 막 두께 범위를 사용하면 된다.

도 33에 fa가 벌크파 음속 4060m/초와 일치할 때의 Al, Mo, Cu, Ni, Ag, Au, W, Ta 또는 Pt로 이루어지는 전극의 듀티와 전극의 규격화 막 두께(H/λ)의 관계를 나타낸다. 또한, 이 듀티를 X라고 했을 때의 각 전극의 규격화 막 두께(H/λ)가 충족해야 할 조건을 표 6에 나타낸다. 즉 도 33의 선 이상 또는 하기의 표 6에 나타낸 전극 막 두께 범위일 때, fa가 4060m/초 이하로 되고, 따라서, 벌크파의 영향을 받지 않는다.

도 26 및 도 27에, LN 기판을 사용하고 Cu로 이루어지는 IDT 전극의 규격화 막 두께가 0.05이며 듀티가 0.5인 경우의 탄성 표면파 공진자의 오일러각 (0, θ, 0°)의 θ과 반사 계수 및 전기 기계 결합 계수 k2의 관계를 나타낸다. 도 17~도 25에서는 10° Y컷 X전파 즉 오일러각이 (0°, 100°, 0°)인 LiNbO3인 경우의 결과를 나타냈지만, 도 26 및 도 27으로부터 알 수 있는 바와 같이, θ=70~115°의 범위에서 반사 계수나 전기 기계 결합 계수 k2는 그다지 변화하지 않는다. 따라서, LiNbO3의 오일러각은 (0°, 70°~115°, 0°)의 범위이면 된다.

듀티 0.5를 중심으로 나타냈지만, 고주파가 되면 내전력성이 우수한 것이 요구된다. 따라서, 내전력성을 높일 수 있으므로, 듀티는 0.5미만, 보다 바람직하게는 0.15~0.49의 범위로 하는 것이 유리하다.

이 경우에 있어서도, 대역폭 확대용 인덕턴스에 의해 대역폭을 넓힐 수 있다.

(제2 실시형태)

도 28은 본 발명의 제2 실시형태의 튜너블 필터를 나타낸 회로도이다. 제2 실시형태는 본원의 제2 발명의 실시형태이다. 제2 실시형태의 튜너블 필터(601)에서는, 입력 단자(602)와 출력 단자(603)을 연결하는 직렬 암에 있어서, 직렬 암 공진자 (S1) 및 (S2)가 서로 직렬로 접속되어 있다. 직렬 암 공진자(S1)의 입력 측에는 가변 커패시터(Css)가 접속되어 있으며, 직렬 암 공진자(S2)의 출력 측에는 다른 가변 커패시터(Css)가 접속되어 있다. 또한, 직렬 암 공진자(S1)에 병렬로 가변 커패시터(Csp)가 접속되어 있으며, 직렬 암 공진자(S2)에도 병렬로 가변 커패시터(Csp)가 접속되어 있다.

직렬 암 공진자(S1)와 직렬 암 공진자(S2) 사이의 접속점과 접지 전위를 연결하는 병렬 암에 병렬 암 공진자(P1)가 형성되어 있다. 병렬 암 공진자(P1)의 접지 측에는 병렬 암 공진자(P1)에 직렬로 커패시터(Cps)가 접속되어 있다. 또한, 병렬 암 공진자(P1)에 병렬로 커패시터(Cpp)가 접속되어 있다. 제2 실시형태의 튜너블 필터(601)에서는, 직렬 암 공진자(S1, S2)를 갖는 직렬 암과 병렬 암 공진자(P1)를 갖는 병렬 암을 포함하는 래더형 회로 구성의 튜너블 필터이다.

래더형 회로 구성의 튜너블 필터(601)에 있어서, 직렬 암 공진자(S1, S2)의 공진 주파수 및 반공진 주파수를 각각 FrS 및 FaS로 한다. 또한, 병렬 암 공진자(P1)의 공진 주파수 및 반공진 주파수를 각각 FrP 및 FaP으로 한다. 이 경우, 제2 발명에서는 FrS, FaS, FrP 및 FaP이, FrS≤{(n-1)FrP+FaP}/n이며, 아울러 FaP≤{(n-1)FaS+FrS}/n이며, n가 2이상, 30이하의 정수이도록 구성되어 있다. 직렬 암 공진자 및 병렬 암 공진자 중의 적어도 한쪽에 접속된 가변 커패시터와 접속하여 래더형의 튜너블 필터가 구성되어 있다. 그 때문에, 튜너블 필터의 주파수 가변량을 크게 할 수 있다. 이것을 이하에서 상세하게 설명한다.

일반적으로, 래더형 필터는 도 29(a) 또는 (b)에 나타낸 회로 구성을 갖는다. 즉, 도 29(a)에 나타낸 래더형 필터(701)에서는, 입력 단자(702)에 직렬 암 공진자(S1)가 접속되어 있다. 또한, 입력 단자(702)에 가장 가까운 병렬 암 공진자(P1)는 직렬 암 공진자(S1)와 다음의 직렬 암 공진자(S2) 사이의 접속점과 접지 전위를 연결하는 병렬 암에 형성되어 있다.

한편, 도 29(b)에 나타낸 래더형 필터(704)에서는 입력 단자(705)에, 병렬 암 공진자(P1)가 접속되어 있다.

상기 래더형 필터(701) 및 (704)의 어느 것에 있어도, 직렬 암 공진자의 주파수 특성 및 병렬 암 공진자의 주파수 특성은 이하와 같이 하여 설정되어 있다. 도 30은 직렬 암 공진자 및 병렬 암 공진자의 임피던스 특성을 나타낸 도면이다. 도 30의 실선으로 나타낸 바와 같이, 병렬 암 공진자의 반공진 주파수 FaP과 파선으로 나타낸 직렬 암 공진자의 공진 주파수 FrS가 일치되어 있다. 이와 같이 하여, 통과 대역 내의 삽입 손실의 저감이 도모되어 있다.

그러나, 이와 같은 구성에서는 직렬 암 공진자 또는 병렬 암 공진자에, 각각 정전 용량을 직렬 또는 병렬로 접속했다고 해도, 튜너블 필터를 구성할 수 없다. 이하에서 설명한다.

상기와 같이, 병렬 암 공진자의 반공진 주파수 FaP과 직렬 암 공진자의 공진 주파수 FrS가 일치된 주파수를 중심으로 하여 통과 대역이 형성된다. 통과 대역 양측의 감쇠극은 병렬 암 공진자의 공진 주파수 FrP와 직렬 암 공진자의 반공진 주파수 FaS에 발생한다.

병렬 암 공진자에 정전 용량을 직렬로 접속하면, 병렬 암 공진자의 공진 주파수 FrP가 상승한다. 따라서, 통과 대역의 저주파수측의 감쇠극의 주파수는 높아지지만, 통과 대역은 변화하지 않는다.

또한, 직렬 암 공진자에 정전 용량을 병렬로 접속하면, 직렬 암 공진자의 반공진 주파수 FaS가 저하한다. 따라서, 통과 대역의 고주파수측의 감쇠극의 주파수가 낮아지지만, 통과 대역은 변화하지 않는다.

한편, 병렬 암 공진자에 정전 용량을 병렬로 접속하면, 병렬 암 공진자의 반공진 주파수 FaP이 저하한다. 그 결과, 병렬 암 공진자의 반공진 주파수 FaP과 직렬 암 공진자의 공진 주파수 FrS 각각에서 삽입 손실이 작아지는 필터 특성, 이른바 쌍봉(雙峰) 특성이 된다. 따라서, 필터 특성이 열화한다. 직렬 암 공진자의 공진 주파수 FrS를 낮게 할 수 있으면 상기 필터 특성의 열화를 시정할 수 있지만, 정전 용량을 접속하는 수단으로는 상기 필터 특성의 열화를 시정하는 것은 불가능하다.

또한, 직렬 암 공진자에 정전 용량을 직렬로 접속하면, 직렬 암 공진자의 공진 주파수 FrS가 상승한다. 그리고, 병렬 암 공진자의 반공진 주파수 FaP과 직렬 암 공진자의 공진 주파수 FrS 각각에서 삽입 손실이 작은 필터 특성, 즉 쌍봉 특성이 된다. 따라서, 필터 특성이 열화한다. 병렬 암 공진자의 반공진 주파수 FaP을 높게 할 수 있으면 상기 필터 특성의 열화를 시정할 수 있지만, 정전 용량을 접속하는 수단으로는 상기 필터 특성의 열화를 시정하는 것은 불가능하다.

본 실시형태에서 n=2의 경우에는, FrS≤(FrP+FaP)/2, FaP>FrS 및 FaP<FaS을 충족하도록 설정되는 것이 바람직하다.

이 경우, 병렬 암 공진자에 정전 용량을 병렬로 접속되고 있으므로, 병렬 암 공진자의 반공진 주파수 FaP이 저하하고, 직렬 암 공진자에 정전 용량이 직렬로 접속되어 있으므로, 직렬 암 공진자의 공진 주파수 FrS가 상승되어 있다. 또한, 병렬 암 공진자의 반공진 주파수 FaP과 직렬 암 공진자의 공진 주파수 FrS를 일치시킴으로써, 정전 용량을 접속하기 전의 FrS와 FaP 사이의 주파수 대역에 중심 주파수를 갖는 필터 특성을 얻을 수 있다. 따라서, 필터 특성이 쌍봉 특성이 되지 않는다. 이에 따라, 접속되는 정전 용량의 값을 조정함으로써, FrS와 FaP의 사이에서 필터의 중심 주파수를 가변할 수 있는 튜너블 필터를 얻을 수 있다.

이 상태에서 병렬 암 공진자에 정전 용량을 직렬로 접속하면, 병렬 암 공진자의 공진 주파수 FrP가 상승한다. 따라서, 통과 대역의 저주파수측의 감쇠극이 통과 대역에 가까워지고, 따라서, 튜너블 필터의 통과 대역 저역측의 급준성을 좋게 할 수 있다. 직렬 암 공진자에 정전 용량을 병렬로 접속하면, 직렬 암 공진자의 반공진 주파수 FaS가 낮아진다. 따라서, 통과 대역의 고주파수측의 감쇠극이 통과 대역에 가까워지고, 따라서, 튜너블 필터의 통과 대역고역측의 급준성을 좋게 할 수 있다.

n=2의 경우에는, 반공진 주파수와 공진 주파수의 차이인 Δf가 대략 동일한 탄성 표면파 공진자를 직렬 암 및 병렬 암 공진자로서 사용할 수 있으므로, 설계가 용이하다.

보다 바람직하게는, n=3이며 FrS≤(2 FrP+FaP)/3, FaP>FrS 및 FaP<FaS을 충족하도록 설정된다. 반공진 주파수와 공진 주파수의 차이인 Δf가 대략 동일한 탄성 표면파 공진자를 직렬 암 및 병렬 암 공진자로서 사용할 수 있으므로, 설계가 용이하다.

일반적으로 나타내면, 상술한 바와 같이, FrS≤{(n-1) FrP+FaP}/n이며, 아울러 FaP≤{(n-1) FaS+FrS}/n이며, n가 2 이상, 30 이하의 정수이다.

상기의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 병렬 암 공진자에 정전 용량을 직렬로 접속하지 않고, 아울러 직렬 암 공진자에 정전 용량을 병렬로 접속하지 않는 경우에, 통과 대역 양측의 감쇠극이 가장 통과 대역으로부터 멀어지고, 아울러 가장 넓은 3dB 대역폭을 얻을 수 있다. 이 때의 3dB 대역폭은 |FrP-FrS| 이다. 따라서, n가 커질수록 실현할 수 있는 3dB 대역폭이 좁아진다. 튜너블 필터의 사양에 따라 n을 선택하면 된다.

이상과 같이, 주파수 가변 범위를 크게 할 수 있으며, 아울러 통과 대역의 폭을 넓게 할 수 있는 튜너블 필터를 실현하기 위해서는, 광대역의 공진자를 준비하고, 아울러 직렬 암 공진자의 주파수 특성과 병렬 암 공진자의 주파수의 조합 방법을 연구해야 한다. 이하에서 구체적인 예를 설명한다.

도 31은 상술한 매립형 전극을 갖는 탄성 표면파 공진자를 사용하여 구성된 병렬 암 공진자 및 직렬 암 공진자의 임피던스 특성을 나타낸 도면이다. 여기에서는 IDT 전극의 피치로 정해지는 파장과 교차폭을 조정하고, 병렬 암 공진자 및 직렬 암 공진자의 임피던스 특성을 조정했다.

도 31으로부터 명백한 바와 같이, 실선으로 나타낸 병렬 암 공진자의 임피던스 특성에서는 공진 주파수 FrP는 1629MHz이며, 반공진 주파수 FaP은 1903MHz이다. 이에 비하여, 직렬 암 공진자의 공진 주파수 FrS를, 1629MHz보다 91MHz 높은 1720MHz로 했다. 그리고, 직렬 암 공진자의 비대역폭을 병렬 암 공진자의 비대역폭과 마찬가지로 17%가 되도록 설계했다. 또한, 공진자의 비대역폭이란, 반공진 주파수와 공진 주파수의 차이를 공진 주파수로 제산(除算)한 값이다.

도 31에 나타낸 임피던스 특성을 갖는 병렬 암 공진자 및 직렬 암 공진자를 사용하여, 도 28에 나타낸 튜너블 필터(601)에 있어서의 직렬 암 공진자(S1, S2) 및 병렬 암 공진자(P1)를 구성했다. 이 경우, 직렬 암 공진자(S1, S2)의 반공진 주파수 FaS는 도 31로부터 명백한 바와 같이, 2010MHz로 했다.

도 32는 가변 커패시터(Css, Csp), 커패시터(Cps, Cpp)의 정전 용량을 이하의 제1~제3 조합으로 한 경우의 튜너블 필터(601)의 필터 특성을 나타낸다.

제1 조합: Css=0pF, Csp=2pF, Cpp=8pF, Cps=17pF

제2 조합: Css=1.5pF, Csp=0.5pF, Cps=7pF, Cpp=2.3pF

제3 조합: Css=0.5pF, Csp=0pF, Cps=2.3pF, Cpp=0pF

도 32에서는 제1 조합의 결과를 파선으로, 제2 조합의 결과를 실선으로, 제3 조합의 결과를 일점 쇄선으로 나타낸다.

도 32로부터 명백한 바와 같이, Css, Csp, Cps 및 Cpp의 크기를 조절함으로써, 통과 대역을 크게 변화시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 즉, 중심 주파수를 약 9%로 매우 크게 변화시킬 수 있었다. 또한, 제1~제3 조합의 어느 경우에 있어서도, 3dB 대역폭은 92MHz이다.

3dB 대역폭이란, 통과 대역 내에 있어서의 최소 삽입 손실보다 3dB 큰 삽입 손실을 갖는 주파수역의 폭이다. 이 주파수역의 일단의 주파수를 F1, 타단의 주파수를 F2라고 하면, 3dB 대역폭은 주파수 F1와 주파수 F2의 차이의 절대값이다. 튜너블 필터(601)의 중심 주파수란, (F1+F2)/2로 표현된다.

여기에서는 3dB 대역폭이 92MHz인 경우, 상기와 같이, 주파수 가변량을 9%로 하는 것이 가능했다.

또한, 도 34는 FrP와 FrS의 차이를 45MHz로 하여 상기 튜너블 필터(601)과 마찬가지로 하여 래더형 튜너블 필터의 필터 특성을 나타낸다. 여기에서는, 3dB 대역폭이 46MHz로 되어 있다. 또한, 주파수 가변폭도 11.5%로 크게 되어 있다.

그러므로, 본 실시형태에 있어서, 직렬 암 공진자의 공진 주파수 FrS와 병렬 암 공진자의 공진 주파수 FrP의 차이를 여러 가지로 변화시킨 경우의, 3dB 대역폭과 주파수 가변량을 마찬가지로 하여 구했다. 결과를 하기의 표 7에 나타낸다. 표 7으로부터 명백한 바와 같이, 직렬 암 공진자의 공진 주파수 FrS와 병렬 암 공진자의 공진 주파수 FrP의 차이를 변화시킴으로써, 튜너블 필터(601)의 3dB 대역폭을 변화시킴과 아울러, 주파수 가변량을 변화시킬 수 있다. 이 때의 튜너블 필터의 중심 주파수는 약 1820MHz이다.

또한, 주파수 가변량이란, 가장 중심 주파수가 낮은 제1 조합의 경우의 중심 주파수와 가장 중심 주파수가 높은 제3 조합의 경우의 중심 주파수의 차이인 양 중심 주파수간의 중점(中點)의 주파수에 대한 비율(%)을 말하는 것으로 한다.

표 7로부터 명백한 바와 같이, 직렬 암 공진자의 공진 주파수 FrS와 병렬 암 공진자의 공진 주파수 FrP의 차이를 변경함으로써, 3dB 대역폭 및 주파수 가변량을 크게 변화시킬 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 직렬 암 공진자의 반공진 주파수 FaS와 병렬 암 공진자의 반공진 주파수 FaP의 차이는 FrS와 FrP의 차이와 대략 동등하게 했다.

상기와 같이, 예를 들면 직렬 암 공진자 및 병렬 암 공진자의 비대역폭이 17%인 경우, 튜너블 필터의 주파수 가변 범위를 6.2% 이상으로 하기 위해서는, FrS와 FrP의 공진 주파수 차이를 137MHz 이하로 하면 되는 것을 알 수 있다. 즉, 공진 주파수 차이 Δfr=FrS-FrP를, 병렬 암 공진자 및 직렬 암 공진자의 비대역폭인 17%=274MHz의 1/2인 137MHz 이하로 하면 된다는 것을 알 수 있다. 또한, 이 때의 Δfr는 튜너블 필터의 3dB 대역폭에 거의 가까운 값이 된다.

또한, 환언하면, 주파수 가변폭 6.8% 이상을 실현하기 위해서는, 탄성 표면파 공진자의 비대역폭이 13~25%인 경우, 하기의 표 8에 나타낸 바와 같이, FrS-FrP의 공진자의 대역폭에 대한 비율을 하기의 표 8에 나타내도록 설정하면 된다.

또한, 주파수 가변폭을 9%이상으로 한 경우에는 하기의 표 9에 나타낸 바와 같이, FrS-FrP의 공진자의 대역폭에 대한 비율을 표 9에 나타낸 값 이하로 하면 되는 것을 알 수 있다.

따라서, 직렬 암 공진자의 비대역폭 및 병렬 암 공진자의 비대역폭은 바람직하게는 13% 이상이다. 이에 따라, 상기와 같이, 주파수 가변량을 한층 더 크게 할 수 있다. 보다 바람직하게는 직렬 암 공진자 및 병렬 암 공진자의 비대역폭은 15%이상이며, 이에 따라 주파수 가변량을 한층 더 크게 할 수 있다. 또한, 비대역폭 60%를 넘는 탄성파 공진자는 대역 통과 필터에서는 일반적으로 사용되지 않는다. 따라서, 비대역폭은 바람직하게는 13% 이상, 60% 이하이다.

상기 표 7~표 9의 값을 식으로 나타내면, 이하와 같다. 즉, 실현하고자 하는 튜너블 필터의 주파수 가변폭을 t, 직렬 암 공진자 및 병렬 암 공진자의 비대역폭을 y라고 한다.

t는 주파수가 변동 가능한 폭 (FaP-FrS)을 (FaP+FrS)/2로 규격화하여 이루어지는 값이며, 또한, 직렬 암 공진자 및 병렬 암 공진자의 비대역폭 y는 대역폭을 각각의 공진 주파수로 규격화한 값으로 한다. 이 때, Δfr=FrS-FrP의 FrP에 대한 비인 Δfr/FrP를 비대역폭 y로 규격화한 값이, 이하의 식(1)으로 나타낸 값 이하로 하면 된다는 것을 알 수 있다. 즉,

{(2-t/0.9)×(1+y) - (2+t/0.9)}/{(2+t/0.9)×y}×100(%) …(1)

또한, 주파수 가변폭 t는 실험적으로 최대,

t≒2×(FaP-FrS)/(FaP+FrS)×0.9×100(%)

이다. 따라서, 적당한 가변폭은 얻어지는 필터 특성을 고려하면, 0.7×t~0.9×t의 사이이다. 따라서, 최소의 3dB 대역폭은 (FrS-FrP)×0.9 또는 (FaS-FaP)×0.9 중의 어느 작은 쪽으로, 최대 주파수 가변폭은 140×(FaP-FrS)/(FaP+FrS)(%) 내지 180×(FaP-FrS)/(FaP+FrS)(%)가 얻어진다.

상기와 같이, 튜너블 필터(601)에 있어서, 직렬 암 공진자(S1, S2) 및 병렬 암 공진자(P1)의 주파수 특성을 조합함으로써, 주파수 가변폭을 크게 할 수 있는 것을 알 수 있다.

매립형 전극을 갖는 탄성 표면파 공진자를 사용하여 구성된 직렬 암 및 병렬 암의 공진자를 사용한 래더형의 튜너블 필터에 대하여 설명했지만, LN 기판 위에 IDT 전극이 형성되어 있는 탄성 표면파 공진자를 사용하여 구성된 직렬 암 및 병렬 암의 공진자를 사용해도 된다. 이 경우도 상기와 같이, 직렬 암 공진자(S1, S2) 및 병렬 암 공진자(P1)의 주파수 특성을 조합함으로써, 주파수 가변폭을 크게 할 수 있다.

래더형의 튜너블 필터에서는, 직렬 암 공진자의 공진 주파수 및 반공진 주파수를 FrS, FaS, 병렬 암 공진자의 공진 주파수 및 반공진 주파수를 FrP, FaP으로 했을 때에 |FrS-FaS| 및 |FrP-FaP|가 클수록, 튜너블 필터의 통과 대역의 가변량을 크게 할 수 있으므로 바람직하다. 상기 실시형태에서는 도 31에 나타낸 임피던스 특성을 갖는 병렬 암 공진자 및 직렬 암 공진자를 사용하여 설명했지만, 병렬 암 공진자 및 직렬 암 공진자 대신에 직렬 암과 병렬 암의 양방에 각각 직렬 암 공진자 회로부와 병렬 암 공진자 회로부를 형성하여, 직렬 암 공진자 회로부와 병렬 암 공진자 회로부에 의해 래더형 필터를 구성해도 된다.

또한, 도 3에 나타낸 바와 같이, 압전 기판(11) 위에 IDT 전극(12)이 형성되어 있는 경우에는, 레일리파에 의한 스퓨리어스가 공진 주파수와 반공진 주파수의 사이, 또는 반공진 주파수보다 높은 주파수 위치에 나타난다. 이에 비하여, 상술한 매립형 전극을 사용한 구조에서는, 레일리파에 의한 스퓨리어스는 공진 주파수보다 낮은 주파수 위치에 출현한다. 따라서, 매립형이 아닌 탄성 표면파 공진자를 직렬 암 공진자로 하고, 매립 전극형 탄성 표면파 공진자를 병렬 암 공진자로서 사용하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 통과 대역 내에 스퓨리어스가 생기기 어려운 튜너블 필터를 얻을 수 있다.

또한, 제1 실시형태와 같이, 본딩 와이어 등을 사용하여 대역폭 확대용 인덕턴스가 형성되어 있는 경우에도 상기 식 (1)에 나타낸 바와 같이 직렬 암 공진자의 주파수 특성 및 병렬 암 공진자의 주파수 특성을 조합하여 대역폭을 확대함으로써, 주파수 가변폭을 크게 할 수 있다.

(제2 실시형태의 변형예)

도 35~도 39를 참조하여, 제2 실시형태의 변형예에 따른 래더형 튜너블 필터를 설명한다. 도 37에 회로도로 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 래더형 튜너블 필터(61)은 입력 단자(62)와 출력 단자(63)과, 접지 전위에 접속되는 접지 단자(64)를 갖는다. 입력 단자(62)와 출력 단자(63)을 연결하는 직렬 암에, 제1, 제2 벌크파 공진자(65, 66)가 서로 직렬로 삽입되어 있다. 또한, 입력 단자(62)와 제1 벌크파 공진자(65)의 사이에, 제1 가변 커패시터(Css1)가 접속되어 있다. 제1 벌크파 공진자(65)에 병렬로 가변 커패시터(Csp1)가 접속되어 있다.

제2 벌크파 공진자(66)에 병렬로 가변 커패시터(Csp2)가 접속되어 있다. 벌크파 공진자(66)와 출력 단자(63)의 사이에 가변 커패시터(Css2)가 접속되어 있다. 한편, 제1, 제2 벌크파 공진자(65, 66) 간의 접속점 N과 접지 단자(64)를 연결하는 병렬 암에, 병렬 암 공진자로서 제3 벌크파 공진자(67)가 접속되어 있다.

제3 벌크파 공진자(67)와 제1, 제2 벌크파 공진자(65, 66) 간의 접속점 N의 사이에는 가변 커패시터(Cps)가 접속되어 있다. 또한, 제3 벌크파 공진자(67)에 병렬로, 가변 커패시터(Cpp)가 접속되어 있다. 본 실시형태의 튜너블 필터(61)에서는, 상기 가변 커패시터(Css1, CSs2, CSp1, CSp2, CPs) 및 (CPp)의 정전 용량을 조정함으로써 통과 대역의 주파수 위치를 조정할 수 있다.

상기 벌크파 공진자(65~67)는 압전 박막 또는 압전 박판을 여진함으로써 발생한 벌크파에 의한 공진을 사용하는 것이다. 도 35는 제1 벌크파 공진자(65)의 정면 단면도이다. 벌크파 공진자(65)는 Si 등의 적절한 절연 재료 또는 반도체 재료로 이루어지는 기판(68)을 갖는다. 기판(68)은 관통 구멍(68a)로 이루어지는 캐버티를 갖는다. 기판(68) 위에, 압전 박막(69)가 적층되어 있다. 압전 박막(69)은 관통 구멍(68a)을 덮도록 형성되어 있다. 이 압전 박막(69)은 본 실시형태에서는 KNbO3로 이루어진다. 무엇보다, 압전 박막(69)는 압전 박판이어도 되고, 다른 압전 재료에 의해 형성되어 있어도 된다.

압전 박막(69)의 관통 구멍(68a)를 덮고 있는 부분에 있어서, 압전 박막(69)의 하면에 제2 여진 전극(70A)가 형성되어 있다. 또한, 제2 여진 전극(70A)과, 압전 박막(69)를 통하여 대향하도록 제1 여진 전극(71A)가 형성되어 있다. 제1, 제2 여진 전극(71A, 70A)은 본 실시형태에서는 Al로 이루어진다. 무엇보다, 여진 전극(70A, 71A)은 Cu, Ag, Au, Pt, Mo, Ni 또는 이것들을 주체로 하는 합금 등의 적당한 금속에 의해 형성할 수 있다.

제1, 제2 여진 전극(71A, 70A)이 대향해 있는 부분이 여진부를 구성하고 있다. 여진부에서는 하측에 관통 구멍(68a)으로 이루어지는 캐버티가 위치해 있다. 따라서, 압전 박막(69)은 여진부에 있어서 그 진동이 방해되기 어렵다.

벌크파 공진자의 진동 모드로서는, 두께 미끄럼 진동과 두께 세로 진동이 있다. 사용하는 진동 모드에 따라서, 여진 전극의 치수를 적절히 조정하면 된다. 두께 미끄럼 진동은 도 35에서 말하면, 압전 박막(69)에 형성된 여진 전극(70A)와 (71A) 사이에 전압을 인가했을 때, 벌크파의 전파 방향, 즉 압전 박막의 두께 방향과 벌크파의 변위의 방향이 대략 수직인, 진동 모드이다. 한편, 두께 세로 진동은 압전 박막(69)에 형성된 여진 전극(70A)과 (71A) 사이에 전압을 인가했을 때, 벌크파의 전파 방향, 즉 압전 박막의 두께 방향과 벌크파의 변위의 방향이 대략 평행인, 진동 모드이다.

벌크파 공진자(65)에 대하여 설명했지만, 제2, 제3 벌크파 공진자(66, 67)도 유사한 구조를 갖는다.

도 37에 나타낸 벌크파 공진자(65)는 입력 단자(62) 및 상술한 접속점에 접속되어 있지만, 상기 제1 여진 전극(71A)이 CSs1를 통하여 입력 단자(62)에, 제2 여진 전극(70A)이 상술한 접속점 N에 접속되어 있다.

도 36은 상기 튜너블 필터의 모식적 평면도이다. 도 36에서는 기판(68) 위에, 상기 벌크파 공진자(65)가 구성되어 있는 부분에 있어서, 제1 여진 전극(71A)가 도시되어 있다. 제2 여진 전극(70A)은 압전 박막의 하면에 위치하고 있으므로, 파선으로 나타낸다. 제2, 제3 벌크파 공진자(66, 67)가 구성되어 있는 부분에 있어서도, 마찬가지로 제1 여진 전극(71A)이 기판(68)의 상면에 형성되어 있다.

또한, 도 36에 있어서는, 가변 커패시터(Css1, CSp1, CSp2, CSs2, CPs) 및 (CPp)가 형성되어 있는 부분을 직사각형의 블록으로 약도적으로 나타낸 것으로 한다. 이러한 각 가변 커패시터의 구조는 상술한 제1, 제2 실시형태와 마찬가지로 하여, 즉 종래부터 공지의 가변 커패시터에 의해 구성할 수 있다.

본 실시형태와 같이, 본 발명의 튜너블 필터에서는 직렬 암 공진자 및 병렬 암 공진자로서 벌크파 공진자를 사용해도 된다.

도 38은 상기 튜너블 필터(61)에 있어서의 직렬 암 공진자 및 병렬 암 공진자의 각 임피던스 특성을 나타낸다. 즉, 제1, 제2 벌크파 공진자(65, 66)는 도 38에 파선으로 나타낸 직렬 암 공진자의 임피던스 특성을 갖는다. 한편, 제3 벌크파 공진자(67)는 도 38에 실선으로 나타낸 병렬 암 공진자의 임피던스 특성을 갖는다.

이와 같은 제1~제3 벌크파 공진자(65~67)를 사용한 튜너블 필터(61)의 감쇠량 주파수 특성을 도 39에 나타낸다.

또한, 도 39에 있어서는, 상술한 가변 커패시터의 정전 용량을 여러 가지로 변경한 경우의 주파수 특성을 나타낸다. 본 실시형태에서는 가변 커패시터(Css1) 및 (CSs2)의 정전 용량은 동등하게 하고 있으며, 이와 같은 정전 용량을, S-Cs로 한다. 또한, 가변 커패시터(Csp1) 및 가변 커패시터(Csp2)의 정전 용량도 동등하게 되어 있으며, 이러한 가변 커패시터의 정전 용량을, S-Cp로 한다.

또한, 병렬 암에 접속되어 있는 가변 커패시터(Cps)의 정전 용량을 P-Cs로 하고, 가변 커패시터(Cpp)의 정전 용량을 P-Cp로 한다. 도 39에서는 가변 커패시터의 정전 용량을 이하의 3가지 조합으로 한 경우의 주파수 특성을 나타낸다.

제1 조합: S-Cs=0pF, S-Cp=5pF, P-Cs=0pF, P-Cp=22pF.

제2 조합: S-Cs=0.6pF, S-Cp=0.6pF, P-Cs=4.0pF, P-Cp=3.0pF.

제3 조합: S-Cs=0.2pF, S-Cp=0pF, P-Cs=0.8pF, P-Cp=0pF.

도 39로부터 명백한 바와 같이, 제1 조합의 경우, 통과 대역의 중심 주파수는 약 1.67GHz에 있으며, 제2 조합의 경우, 통과 대역 중심 주파수는 약 1.79GHz에 있으며, 제3 조합의 경우, 통과 대역 중심 주파수는 약 1.91GHz에 있는 것을 알 수 있다. 즉, 가변 커패시터의 정전 용량을 조정함으로써, 통과 대역의 중심 주파수를, 1.91-1.67=0.24 GHz=240MHz로 변화시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 설계 중심 주파수 1.8GHz에 대하여, 주파수 조정 가능 범위는 14%로 매우 큰 것을 알 수 있다.

즉, 본 발명에 있어서는, 탄성 표면파 공진자에 한정되지 않고, 상기와 같은 벌크파 공진자(65~67)를 사용해도 되고, 이 경우에 있어서도, 본 발명에 따라서, 주파수 조정 가능 범위를 넓힐 수 있는 것을 알 수 있다.

도 40(a) 및 (b)은 벌크파 공진자의 변형예를 나타낸 각 정면 단면도이다. 도 35에 나타낸 벌크파 공진자(65)에서는 기판(68)에 관통 구멍(68a)으로 이루어지는 캐버티가 형성되어 있었다. 이에 비하여, 도 40(a)에 나타낸 바와 같이, 기판(68)의 상면에 관통 구멍이 아닌 오목부(68b)를 형성함으로써 캐버티를 형성해도 된다.

또한, 도 40(b)에 나타낸 바와 같이, 압전 박막(69)의 상면의 제1 여진 전극(71A)이 갭을 두어 대향된 분할 여진 전극(71, 72)으로 이루어지고, 제2 여진 전극(70A)이, 상기 분할 여진 전극(71, 72)과 압전 박막(69)을 통하여 대향해 있어도 된다.

즉, 도 35에 나타낸 벌크파 공진자(65) 대신에, 도 40(a) 및 (b)에 나타낸 벌크파 공진자(81, 82)를 각각 사용해도 된다.

다음으로, 도 35에 나타낸 벌크파 공진자(65)의 다른 변형예로서, LiNbO3로 이루어지는 압전 박막(69)를 사용하고, 또한 벌크파로서 두께 미끄럼 진동을 사용한 공진자에 대하여 설명한다.

도 41은 오일러각 (0°, 95°, ψ)의 LiNbO3 및 오일러각 (30°, 90°ψ)의 LiNbO3를 각각 사용하고, 두께 미끄럼 진동을 사용한 벌크파 공진자(65)의 임피던스 특성을 나타낸 도면이다. 여기에서는 LiNbO3의 두께를 각각 1.45μm로 했다. 제1, 제2 여진 전극(71A, 70A)을 Al막에 의해 형성했다. 제1, 제2 여진 전극(71A, 70A)의 두께는 0.1μm로 하고, 평면 형상은 반경 50μm의 원형으로 했다.

도 41으로부터 명백한 바와 같이, LiNbO3로 이루어지는 압전 박막의 오일러각이 (30°, 90°, ψ)에서는 30%의 비대역폭이 얻어지는 것을 알 수 있다. 한편, 오일러각 (0°, 95°, ψ)의 LiNbO3로 이루어지는 압전 박막을 사용한 경우, 두께 미끄럼 진동자에서는 21%의 비대역폭이 얻어지는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 벌크파 공진자(65)에 있어서 두께 미끄럼 진동 모드를 사용한 경우에, 압전 박막으로서 LiNbO3를 사용하고 아울러 그 오일러각을 변경함으로써 대역폭을 제어할 수 있는 것을 알 수 있다.

도 42는 오일러각 (30°, 0°, ψ)의 LiNbO3로 이루어지는 압전 박막을 사용한 벌크파 공진자(65)이며, 두께 미끄럼 진동 모드를 사용한 벌크파 공진자에 직렬로 인덕턴스를 접속한 경우의 인덕턴스의 크기와 임피던스 특성의 변화를 나타낸 도면이다.

도 42로부터 명백한 바와 같이, 인덕턴스 즉 대역폭 확대용 인덕턴스를 접속하지 않는 경우에 비해, 5nH, 10nH 및 20nH의 인덕턴스값의 대역폭 확대용 인덕턴스를 접속함으로써, 대역폭을 넓힐 수 있는 것을 알 수 있다.

도 43은 상기 오일러각(φ, θ, ψ)의 LiNbO3로 이루어지는 압전 박막을 사용한 벌크파 공진자(65)이며, 두께 미끄럼 진동 모드를 사용한 공진자에 있어서의 오일러각과 비대역폭 Δf/fr의 관계를 나타낸 도면이다.

도 43으로부터, 두께 미끄럼 모드를 사용한 경우, 오일러각을 이하와 같이 특정의 범위로 선택함으로써, 비대역폭을 20%이상, 25%이상 또는 30%이상으로 매우 넓게 할 수 있는 것을 알 수 있다.

도 44는 상기 두께 미끄럼 진동 모드를 사용한 벌크파 공진자(65)를 사용하여, 도 37에 나타낸 튜너블 필터를 도 37과 마찬가지로 하여 구성한 경우의 감쇠량 주파수 특성 및 주파수 가변폭을 나타낸 도면이다. 여기에서는 도 37의 튜너블 필터에 있어서, 공진자로서 오일러각(30°, 90°, ψ)의 LiNbO3로 이루어지는 압전 박막을 사용하고, 두께 미끄럼 진동 모드를 사용한 것을 제외하고는, 도 37과 마찬가지로 하여 튜너블 필터(61)을 구성한다. 또한, 도 44에서는 도 39의 경우와 마찬가지로, 가변 커패시터의 정전 용량을 여러 가지로 변경한 경우의 주파수 특성을 나타낸다. 도 44에서는 가변 커패시터의 정전 용량을 하기의 3가지 조합으로 한 경우의 주파수 특성을 나타낸다.

제1 조합: S-Cs=0pF, S-Cp=2pF, P-Cs=0pF, P-Cp=8pF

제2 조합: S-Cs=0.2pF, S-Cp=0.26pF, P-Cs=0.8pF, P-Cp=1.0pF

제3 조합: S-Cs=0.08pF, S-Cp=0.2pF, P-Cs=0.3pF, P-Cp=0pF

도 44로부터 명백한 바와 같이, 제1 조합의 경우, 통과 대역의 중심 주파수는 약 1.25GHz에 위치해 있으며, 제2 조합의 경우, 중심 주파수는 약 1.38GHz 부근에 있으며, 제3 조합의 경우, 중심 주파수는 약 1.54GHz 부근에 위치하고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 1.54~1.25=0.29GHz의 범위에서 중심 주파수를 변화시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 설계 중심 주파수 1.395GHz에 대하여, 주파수 조정 가능 범위는 21%로 매우 크다는 것을 알 수 있다.

또한, 본 발명에서는 벌크파 공진자(65)로서 두께 세로 진동 모드를 사용한 두께 세로 공진자를 사용해도 된다. 도 45는 오일러각 (φ, θ, ψ)의 LiNbO3로 이루어지는 압전 박막을 사용하여 벌크파 공진자(65)를 구성하고, 두께 세로 진동 모드를 사용한 경우, 비대역폭 Δf/fr와 오일러각의 관계를 나타낸 도면이다.

도 45로부터 명백한 바와 같이, 두께 세로 진동 모드를 사용한 벌크파 공진자를 사용한 경우에 있어서도, LiNbO3의 오일러각을, (0±5°, 107°~137°, ψ), (10±5°, 112°~133°, ψ), (50±5°, 47°~69°, ψ) 또는 (60±5°, 43°~73°, ψ) 중의 어느 하나의 범위로 하면 대역폭을 10% 이상으로 할 수 있다는 것을 알 수 있다.

1: 튜너블 필터
11: 압전 기판
11a: 상면
11b: 홈
12: IDT 전극
12a, 12b: 빗형상 전극
13, 14: 반사기
15: SiO2 막
22: 입력 단자
23: 출력 단자
41: 튜너블 필터
51: 튜너블 필터
61: 튜너블 필터
62: 입력 단자
63: 출력 단자
64: 접지 단자
65~67: 제1~제3 벌크파 공진자
68: 기판
68a: 관통 구멍
68b: 오목부
69: 압전 박막
70: 공통 여진 전극
70A: 제2 여진 전극
71A: 제1 여진 전극
71,72: 분할 여진 전극
81,82: 벌크파 공진자
200: 압전 기판
201~203: 단자
201A: 단자
202A: 단자
205: 패키지
206~209: 전극
211~214: 본딩 와이어
221: 대역폭 확대용 인덕턴스
221A: 대역폭 확대용 인덕턴스
301: 제2 튜너블 필터
302: 인덕턴스
303: 가변 커패시터
304: 튜너블 필터
601: 튜너블 필터
602: 입력 단자
603: 출력 단자
701: 래더형 필터
702: 입력 단자
704: 래더형 필터
705: 입력 단자
C1~C4: 커패시터
CP1, CP2: 커패시터
L1: 인덕턴스
P1: 병렬 암 공진자
S1, S2: 직렬 암 공진자
S11, S12: 직렬 암 공진자 회로부

Claims

직렬 암에 형성된 직렬 암 공진자와, 병렬 암에 형성된 병렬 암 공진자와, 직렬 암 공진자 및 병렬 암 공진자 중의 적어도 한쪽에 접속된 가변 커패시터를 포함하는 래더형 회로 구성의 튜너블 필터에 있어서, 상기 직렬 암 공진자의 공진 주파수 및 반공진 주파수를 FrS, FaS, 상기 병렬 암 공진자의 공진 주파수 및 반공진 주파수를 FrP, FaP라고 했을 때에, FrS≤{(n-1)FrP+FaP}/n 및 FaP≤{(n-1) FaS+FrS}/n이며, n가 2 이상, 30 이하의 정수인 것을 특징으로 하는 튜너블 필터.
제1항에 있어서.
FrS≤(FrP+FaP)/2, FaP>FrS 및 FaP<FaS을 충족하는 것을 특징으로 하는 튜너블 필터.
제1항에 있어서.
FrS≤(2 FrP+FaP)/3, FaP>FrS 및 FaP<FaS인 것을 특징으로 하는 튜너블 필터.
제1항에 있어서,
튜너블 필터의 주파수 가변폭을 (FaP+FrS)/2로 규격화하여 이루어지는 값을 t, 직렬 암 공진자 및 병렬 암 공진자의 공진 주파수와 반공진 주파수의 차이의 절대값을 각각의 공진 주파수로 규격화한 값을 y라고 했을 때에, Δfr=FrS-FrP의 FrP에 대한 비인 Δfr/FrP를 비대역폭 y로 규격화한 값이, 이하의 식(1)으로 나타낸 값 이하로 되어 있는 것을 특징으로 하는 튜너블 필터.
{(2-t/0.9)×(1+y) - (2+t/0.9)}/{(2+t/0.9)×y}×100(%) …(1)
제1항에 있어서,
상기 직렬 암 공진자의 공진 주파수 FrS와 상기 병렬 암 공진자의 공진 주파수 FrP의 차이의 직렬 암 공진자의 대역폭에 대한 비율의 최대값이 하기의 표 1에 나타낸 범위로 되어 있는 것을 특징으로 하는 튜너블 필터.
[표 1]
제1항에 있어서,
상기 직렬 암 공진자의 공진 주파수 FrS와 상기 병렬 암 공진자의 공진 주파수 FrP의 차이의 직렬 암 공진자의 대역폭에 대한 비율의 최대값이 하기의 표 2에 나타낸 범위로 되어 있는 것을 특징으로 하는 튜너블 필터.
[표 2]
제5항 또는 제6항에 있어서,
최소의 3dB 대역폭이, (FrS-FrP)×0.9 또는 (FaS-FaP)×0.9 중의 어느 작은 쪽이고, 최대 주파수 가변폭이 140×(FaP-FrS)/(FaP+FrS)(%) 내지 180×(FaP-FrS)/(FaP+FrS)(%)의 범위로 되어 있는 것을 특징으로 하는 튜너블 필터.
제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서,
직렬 암 공진자의 비대역폭 및 병렬 암 공진자의 비대역폭이 모두 13%이상, 60% 이하인 것을 특징으로 하는 튜너블 필터.
제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서,
LiNbO3의 오일러각이 (0°, 70°~115°, 0°)이고, 듀티비를 X로 했을 때에, 전극 규격화 막 두께가 하기의 표 3에 나타낸 범위인, 탄성 표면파 공진자를 사용한 것을 특징으로 하는 튜너블 필터.
[표 3]
제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 직렬 암 공진자 및 병렬 암 공진자가 벌크파 공진자로 이루어지고, 상기 벌크파 공진자가, 상면이 개구된 캐버티를 갖는 기판과, 상기 기판의 캐버티를 덮도록 기판 위에 형성된 압전 박막 또는 압전 박판과, 상기 압전 박막의 하면에 있어서 상기 캐버티에 면하는 부분에 형성된 제1 여진 전극과,
상기 압전 박막의 상면에 형성되어 있으며, 아울러 상기 제1 여진 전극과 압전 박막을 통하여 대향하도록 배치되어 있는 제2 여진 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 튜너블 필터.
제10항에 있어서,
상기 벌크파 공진자가 두께 미끄럼 진동 공진자인 것을 특징으로 하는 튜너블 필터.
제10항에 있어서,
상기 벌크파 공진자가 두께 세로 진동 공진자인 것을 특징으로 하는 튜너블 필터.
제11항에 있어서,
상기 벌크파 공진자가, LiNbO3로 이루어지는 압전 박막 또는 압전 박판을 사용한 두께 미끄럼 진동 공진자이며, 그 오일러각이 이하의 표 4에 나타낸 어느 하나의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 튜너블 필터.
[표 4]
제12항에 있어서,
상기 벌크파 공진자가, LiNbO3로 이루어지는 압전 박막 또는 압전 박판을 사용한 두께 세로 진동 공진자이며, 그 오일러각이 (0±5°, 107°~137°, ψ), (10±5°, 112°~133°, ψ), (50±5°, 47°~69°, ψ) 또는 (60±5°, 43°~73°, ψ)의 범위 내인 것을 특징으로 하는 튜너블 필터.
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