KR102307312B1 - 멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치 - Google Patents
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Abstract
멀티플렉서(10)는 공통 단자(100)와 개별 단자(400) 사이에 배치된 필터(40)와, 공통 단자(100)와 개별 단자(300) 사이에 배치되고, 통과 대역의 주파수가 필터(40)보다 낮은 필터(30)를 포함하며, 필터(40)는 공통 단자(100)와 개별 단자(400)를 잇는 제1 경로 상에 배치된 직렬암 공진자(401 및 402)를 가지며, 직렬암 공진자(401 및 402) 각각은 누설파를 주요 탄성파로 이용하는 압전성 기판 및 IDT 전극으로 구성되고, 직렬암 공진자(401)에서의 레일리파 응답의 발생 주파수와, 직렬암 공진자(402)에서의 레일리파 응답의 발생 주파수는 다르다.
Description
본 발명은 멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치에 관한 것이다.
최근, 휴대전화 단말 등의 통신 장치에 대해, 하나의 단말로 복수개의 주파수 대역 및 복수개의 무선방식, 이른바 멀티밴드화 및 멀티모드화에 대응하기 위해, 고주파 신호를 주파수 대역마다 분리(분파)하는 멀티플렉서(분파기)가 널리 이용되고 있다.
특허문헌 1에는 래더(ladder)형 밴드패스 필터와 다중 모드 결합형 밴드패스 필터를 공통 접속한 원칩(one-chip) 누설(리키(leaky)) 표면탄성파 분파기가 개시되어 있다.
그러나 특허문헌 1과 같이, 분파기를 구성하는 밴드패스 필터가 누설파를 주요 탄성파로 이용하고 있는 경우, 각 탄성파 공진자의 레일리파 응답이 문제가 된다. 즉, 상기한 바와 같이 복수개의 밴드패스 필터를 공통 접속하고 있는 경우에, 한쪽의 밴드패스 필터 내의 탄성파 공진자의 레일리파 응답이 다른 쪽의 밴드패스 필터의 통과 대역 내에서 생기면, 상기 다른 쪽의 밴드패스 필터의 통과 대역 내에 리플이 발생하고, 상기 다른 쪽의 밴드패스 필터의 삽입 손실이 악화된다는 문제가 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 탄성파 공진자의 레일리파 응답에 의한 통과 대역 내의 삽입 손실의 열화를 억제할 수 있는 멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 한 양태에 따른 멀티플렉서는 공통 단자, 제1 단자 및 제2 단자와, 상기 공통 단자와 상기 제1 단자 사이에 배치된 제1 필터와, 상기 공통 단자와 상기 제2 단자 사이에 배치되고, 통과 대역의 주파수가 상기 제1 필터보다 낮은 제2 필터를 포함하며, 상기 제1 필터는 적어도 상기 공통 단자와 상기 제1 단자를 잇는 제1 경로 상에 배치된 제1 직렬암(serial arm) 공진자 및 제2 직렬암 공진자를 가지며, 상기 제1 직렬암 공진자 및 상기 제2 직렬암 공진자 각각은 누설파를 주요 탄성파로 이용하는 압전성 기판 및 IDT 전극으로 구성되고, 상기 제1 직렬암 공진자에서의 레일리파 응답의 발생 주파수와 상기 제2 직렬암 공진자에서의 레일리파 응답의 발생 주파수가 다르다.
누설파를 주요 탄성파로 이용하고 있는 제1 필터가 제2 필터와 공통 단자로 접속된 구성을 가지는 멀티플렉서에서, 제1 필터를 구성하는 직렬암 공진자의 레일리파 응답(레일리파 스퓨리어스)은 제1 필터의 통과 대역보다도 저주파수 측의 주파수에 발생한다. 이 경우, 공통 단자 측에서 제1 필터를 본 경우의 상기 저 주파수 측의 주파수에서의 반사 계수가 악화(저하)된다. 이 때문에, 상기 저주파수 측의 주파수가 제2 필터의 통과 대역에 포함되는 경우, 제2 필터의 통과 대역 내에 상기 레일리파 응답에 기인한 리플이 발생한다. 이 리플에 의해, 제2 필터의 통과 대역 내의 삽입 손실이 악화된다.
이에 반하여, 상기 구성에 의하면, 제1 필터를 구성하는 제1 직렬암 공진자 및 제2 직렬암 공진자의 레일리파 응답의 발생 주파수가 다르므로, 제1 필터의 통과 대역의 저주파수 측의 주파수에 발생하는 레일리파 스퓨리어스를 주파수 분산시킬 수 있다. 따라서, 복수개의 직렬암 공진자에 발생한 레일리파 응답이 특정 주파수에 집중되어 가산되는 것이 피해져, 레일리파 스퓨리어스의 크기를 저감할 수 있다. 따라서, 제2 필터의 통과 대역 내에 발생하는, 상기 레일리파 응답에 기인한 리플의 크기를 저감할 수 있으므로, 제2 필터의 통과 대역 내의 삽입 손실을 저감할 수 있다.
또한, 상기 제1 직렬암 공진자의 상기 IDT 전극을 구성하는 복수개의 전극지(電極指)의 반복 피치로 규정되는 제1 IDT 파장과 상기 제2 직렬암 공진자의 상기 IDT 전극을 구성하는 복수개의 전극지의 반복 피치로 규정되는 제2 IDT 파장이 상기 제2 IDT 파장의 2% 이상 달라도 된다.
직렬암 공진자의 IDT 파장을 조정하면, 상기 직렬암 공진자의 공진 주파수와 함께, 레일리파 응답의 발생 주파수가 변화된다.
이에 의하면, 제1 필터를 구성하는 제1 직렬암 공진자 및 제2 직렬암 공진자의 IDT 파장이 2% 이상 다르므로, 제1 필터의 통과 대역의 저주파수 측의 주파수에 발생하는 레일리파 스퓨리어스를 주파수 분산시킬 수 있다. 또한, 제1 직렬암 공진자 및 제2 직렬암 공진자의 레일리파 응답의 발생 주파수가 2% 이상 다름으로써, 제1 직렬암 공진자 또는 제2 직렬암 공진자의 레일리파 응답의 발생 주파수를, 제2 필터의 통과 대역 밖에 배치하는 것도 가능해진다. 따라서, 제2 필터의 통과 대역 내에서의 레일리파 스퓨리어스의 크기를 저감할 수 있으므로, 제2 필터의 통과 대역 내의 삽입 손실을 저감할 수 있다.
또한, 상기 제2 IDT 파장에 대한 상기 제1 IDT 파장과 상기 제2 IDT 파장의 차가 Dλ(%)인 경우에 상기 제1 직렬암 공진자의 레일리파 응답의 발생 주파수와 상기 제2 직렬암 공진자의 레일리파 응답의 발생 주파수의 주파수 차가 상기 제1 필터의 중심 주파수에 대하여 DR(%)만큼 발생하는 경우, 상기 제2 필터의 비대역이 X2(%)인 상기 멀티플렉서에서, 상기 제2 IDT 파장에 대한 상기 제1 IDT 파장과 상기 제2 IDT 파장의 차 Dλx(%)는 Dλx(%)≥(X2/DR)×Dλ라는 관계를 충족해도 된다.
직렬암 공진자의 IDT 파장을 조정하면, 상기 직렬암 공진자의 공진 주파수와 함께, 레일리파 응답의 발생 주파수가 변화된다. 제1 필터에서, 제1 IDT 파장 및 제2 IDT 파장을 Dλ(%)만큼 어긋나게 한 경우에 레일리파 응답의 발생 주파수의 주파수 차는 DR(%)이 된다. 이 경우, 비대역 X2(%)를 가지는 제2 필터에서, 제1 직렬암 공진자 및 제2 직렬암 공진자의 레일리파 응답을 제2 필터의 통과 대역보다도 저주파수 측 및 고주파수 측에 위치시키기 위해서는 제1 IDT 파장과 제2 IDT 파장의 차 Dλx(%)를 위의 식의 관계로 하면 된다. 이로써, 제1 직렬암 공진자 및 제2 직렬암 공진자의 레일리파 응답의 발생 주파수를 제2 필터의 통과 대역 밖에 배치하는 것이 가능해진다. 따라서, 제2 필터의 통과 대역 내에서의 상기 레일리파 스퓨리어스를 없앨 수 있으므로, 제2 필터의 통과 대역 내의 삽입 손실을 저감할 수 있다.
또한, 상기 제2 IDT 파장에 대한 상기 제1 IDT 파장과 상기 제2 IDT 파장의 차를 2%만큼 어긋나게 한 경우에 상기 제1 직렬암 공진자의 레일리파 응답의 발생 주파수와 상기 제2 직렬암 공진자의 레일리파 응답의 발생 주파수의 주파수 차가 상기 제1 필터의 중심 주파수에 대하여 1.47% 발생하고, 상기 제2 필터의 비대역이 2.93%인 상기 멀티플렉서에서, 상기 제2 IDT 파장에 대한 상기 제1 IDT 파장과 상기 제2 IDT 파장의 차는 4% 이상이어도 된다.
이로써, 제1 직렬암 공진자 및 제2 직렬암 공진자의 레일리파 응답의 발생 주파수를 제2 필터의 통과 대역 밖에 배치하는 것이 가능해진다. 따라서, 예를 들면, 비교대역 2.93%를 가지는 LTE의 Band1을 제2 필터로 한 경우의 통과 대역 내에서의 상기 레일리파 스퓨리어스를 없앨 수 있으므로, 제2 필터의 통과 대역 내의 삽입 손실을 저감할 수 있다.
또한, 상기 제1 필터는 더욱이 상기 제1 경로 상에 배치된 제3 직렬암 공진자를 가지며, 상기 제3 직렬암 공진자는 누설파를 주요 탄성파로 이용하는 압전성 기판 및 IDT 전극으로 구성되고, 상기 제1 직렬암 공진자에서의 레일리파 응답의 발생 주파수와, 상기 제3 직렬암 공진자에서의 레일리파 응답의 발생 주파수는 다르며, 상기 제1 직렬암 공진자, 상기 제2 직렬암 공진자, 및 상기 제3 직렬암 공진자 중 상기 제1 직렬암 공진자는 상기 공통 단자에 가장 가깝게 접속되어 있어도 된다.
복수개의 직렬암 공진자를 가지는 제1 필터에서, 공통 단자 측에서 제1 필터를 본 반사 계수는 상기 복수개의 직렬암 공진자 중 공통 단자에 가장 근접한 직렬암 공진자의 반사 계수가 지배적이게 된다.
상기 구성에 의하면, 제1 직렬암 공진자의 레일리파 응답의 발생 주파수는 제2 직렬암 공진자 및 제3 직렬암 공진자의 레일리파 응답의 발생 주파수와 다르(중복되지 않으)므로, 제1 직렬암 공진자의 레일리파 응답의 발생 주파수에서의 반사 계수를 제2 직렬암 공진자 및 제3 직렬암 공진자의 레일리파 응답의 발생 주파수에서의 반사 계수보다도 크게 할 수 있다. 더욱이, 제1 직렬암 공진자 쪽이 제2 직렬암 공진자 및 제3 직렬암 공진자보다도 공통 단자에 가깝게 접속되어 있으므로, 제2 직렬암 공진자 및 제3 직렬암 공진자의 레일리파 응답의 발생 주파수에서의 반사 계수를 상대적으로 크게 할 수 있다. 따라서, 제2 필터의 통과 대역 내에서의 상기 레일리파 스퓨리어스에 기인한 리플을 저감할 수 있으므로, 제2 필터의 통과 대역 내의 삽입 손실을 저감할 수 있다.
또한, 상기 제1 필터는 더욱이 상기 제1 경로 상에 배치된 제3 직렬암 공진자를 가지며, 상기 제3 직렬암 공진자는 누설파를 주요 탄성파로 이용하는 압전성 기판 및 IDT 전극으로 구성되고, 상기 제1 직렬암 공진자에서의 레일리파 응답의 발생 주파수는 상기 제2 필터의 통과 대역 밖에 위치하며, 상기 제1 직렬암 공진자, 상기 제2 직렬암 공진자, 및 상기 제3 직렬암 공진자 중 상기 제1 직렬암 공진자는 상기 공통 단자에 가장 가깝게 접속되어 있어도 된다.
상기 구성에 의하면, 제1 직렬암 공진자의 레일리파 응답의 발생 주파수는 제2 필터의 통과 대역 밖에 위치하고, 제1 직렬암 공진자 쪽이 제2 직렬암 공진자 및 제3 직렬암 공진자보다도 공통 단자에 가깝게 접속되어 있으므로, 제2 직렬암 공진자 및 제3 직렬암 공진자의 레일리파 응답의 반사 계수에 대한 영향을 작게 할 수 있다. 따라서, 제2 필터의 통과 대역 내에서의 상기 레일리파 스퓨리어스에 기인한 리플을 저감할 수 있으므로, 제2 필터의 통과 대역 내의 삽입 손실을 저감할 수 있다.
또한, 상기 제1 필터는 더욱이 상기 제1 경로와 그라운드를 잇는 경로 상에 배치된 병렬암(parallel arm) 공진자를 가지며, 상기 제1 필터는 상기 제1 직렬암 공진자, 상기 제2 직렬암 공진자, 및 상기 병렬암 공진자로 구성되는 래더형 필터 구조를 가져도 된다.
이로써, 제1 필터의 저손실성을 확보하면서, 제2 필터의 통과 대역 내의 삽입 손실을 저감하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 제1 필터는 더욱이 상기 제1 경로 상에 배치된 종결합형 필터 구조를 가져도 된다.
이로써, 제1 필터의 높은 감쇠량을 확보하면서, 제2 필터의 통과 대역 내의 삽입 손실을 저감하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 제1 필터의 통과 대역은 LTE(Long Term Evolution)의 Band41n에서의 하향 주파수대이고, 상기 제2 필터의 통과 대역은 상기 LTE의 Band1에서의 하향 주파수대여도 된다.
제1 필터의 통과 대역이 LTE의 Band41n에서의 주파수대이며, 제2 필터의 통과 대역이 LTE의 Band1에서의 하향 주파수대인 경우, 제2 필터의 통과 대역 내의 리플이 증대되기 쉽다. 이 때문에, 제1 필터의 직렬암 공진자를 상술한 조건을 충족하도록 구성함으로써, 상기 리플을 효과적으로 저감하고 삽입 손실을 저감할 수 있다.
또한, 본 발명의 한 양태에 따른 멀티플렉서는 공통 단자, 제1 단자 및 제2 단자와, 상기 공통 단자와 상기 제1 단자 사이에 배치된 제1 필터와, 상기 공통 단자와 상기 제2 단자 사이에 배치되고, 통과 대역의 주파수가 상기 제1 필터보다 낮은 제2 필터를 포함하며, 상기 제1 필터는 상기 공통 단자와 상기 제1 단자를 잇는 제1 경로 상에 배치된 직렬암 공진회로와, 상기 제1 경로와 그라운드를 잇는 경로 상에 배치된 제1 병렬암 공진자 및 제2 병렬암 공진자를 가지며, 상기 제1 병렬암 공진자 및 상기 제2 병렬암 공진자 각각은 누설파를 주요 탄성파로 이용하는 압전성 기판 및 IDT 전극으로 구성되고, 상기 제1 병렬암 공진자에서의 레일리파 응답의 발생 주파수와, 상기 제2 병렬암 공진자에서의 레일리파 응답의 발생 주파수는 다르다.
누설파를 주요 탄성파로 이용하고 있는 제1 필터가 제2 필터와 공통 단자로 접속된 구성을 가지는 멀티플렉서에서, 제1 필터를 구성하는 병렬암 공진자의 레일리파 응답(레일리파 스퓨리어스)은 제1 필터의 통과 대역보다도 저주파수 측의 주파수에 발생한다. 이 경우, 공통 단자 측에서 제1 필터를 본 경우의 상기 저주파수 측의 주파수에서의 반사 계수가 악화(저하)된다. 이 때문에, 상기 저주파수 측의 주파수가 제2 필터의 통과 대역에 포함되는 경우, 제2 필터의 통과 대역 내에 상기 레일리파 응답에 기인한 리플이 발생한다. 이 리플에 의해, 제2 필터의 통과 대역 내의 삽입 손실이 악화된다.
이에 반하여, 상기 구성에 의하면, 제1 필터를 구성하는 제1 병렬암 공진자 및 제2 병렬암 공진자의 레일리파 응답의 발생 주파수가 다르므로, 제1 필터의 통과 대역의 저주파수 측의 주파수에 발생하는 레일리파 응답을 주파수 분산시킬 수 있다. 따라서, 복수개의 병렬암 공진자에 의해 발생한 레일리파 응답이 특정 주파수에 집중되어 가산되는 것이 피해져, 레일리파 스퓨리어스의 크기를 저감할 수 있다. 따라서, 제2 필터의 통과 대역 내에 발생하는, 상기 레일리파 스퓨리어스에 기인한 리플의 크기를 저감할 수 있으므로, 제2 필터의 통과 대역 내의 삽입 손실을 저감할 수 있다.
또한, 본 발명의 한 양태에 따른 고주파 프론트 엔드 회로는 상기 어느 하나에 기재된 멀티플렉서와, 상기 멀티플렉서에 접속된 증폭 회로를 포함한다.
이로써, 제1 필터 및 제2 필터가 공통 접속된 멀티플렉서의 저주파수 측에 위치하는 제2 필터의 통과 대역 내의 삽입 손실을 저감할 수 있는 고주파 프론트 엔드 회로를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 한 양태에 따른 통신 장치는 안테나 소자로 송수신되는 고주파 신호를 처리하는 RF 신호 처리 회로와, 상기 안테나 소자와 상기 RF 신호 처리 회로 사이에서 상기 고주파 신호를 전달하는 상기 기재된 고주파 프론트 엔드 회로를 포함한다.
이로써, 제1 필터 및 제2 필터가 공통 접속된 멀티플렉서의 저주파수 측에 위치하는 제2 필터의 통과 대역 내의 삽입 손실을 저감할 수 있는 통신 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치에 의하면, 탄성파 공진자의 레일리파 응답에 의한 통과 대역 내의 삽입 손실의 열화를 억제할 수 있다.
도 1은 실시형태 1에 따른 멀티플렉서의 회로 구성도이다.
도 2는 실시형태 1에 따른 필터의 공진자를 모식적으로 나타내는 평면도 및 단면도이다.
도 3a는 멀티플렉서의 블록 구성도이다.
도 3b는 종래의 멀티플렉서의 삽입 손실의 열화를 나타내는 도면이다.
도 3c는 실시예에 따른 멀티플렉서의 삽입 손실의 열화를 억제하는 구성을 설명하는 도면이다.
도 3d는 변형예에 따른 멀티플렉서의 삽입 손실의 열화를 억제하는 구성을 설명하는 도면이다.
도 4는 Band41n 필터 및 Band1 필터가 공통 접속된 멀티플렉서에서의 Band1 필터의 삽입 손실의 열화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 Band41n 필터 및 Band1 필터가 공통 접속된 멀티플렉서에서의 Band41n 필터의 각 탄성파 공진자의 임피던스 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 실시예 및 비교예에 따른 멀티플렉서의 Band1 필터의 통과 특성을 비교한 그래프이다.
도 7은 실시형태 1에 따른 멀티플렉서에서의, 직렬암 공진자의 파장(λ)의 차에 대한 제1 필터의 필터 특성을 나타내는 그래프이다.
도 8은 실시형태 2에 따른 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치의 구성도이다.
도 2는 실시형태 1에 따른 필터의 공진자를 모식적으로 나타내는 평면도 및 단면도이다.
도 3a는 멀티플렉서의 블록 구성도이다.
도 3b는 종래의 멀티플렉서의 삽입 손실의 열화를 나타내는 도면이다.
도 3c는 실시예에 따른 멀티플렉서의 삽입 손실의 열화를 억제하는 구성을 설명하는 도면이다.
도 3d는 변형예에 따른 멀티플렉서의 삽입 손실의 열화를 억제하는 구성을 설명하는 도면이다.
도 4는 Band41n 필터 및 Band1 필터가 공통 접속된 멀티플렉서에서의 Band1 필터의 삽입 손실의 열화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 Band41n 필터 및 Band1 필터가 공통 접속된 멀티플렉서에서의 Band41n 필터의 각 탄성파 공진자의 임피던스 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 실시예 및 비교예에 따른 멀티플렉서의 Band1 필터의 통과 특성을 비교한 그래프이다.
도 7은 실시형태 1에 따른 멀티플렉서에서의, 직렬암 공진자의 파장(λ)의 차에 대한 제1 필터의 필터 특성을 나타내는 그래프이다.
도 8은 실시형태 2에 따른 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치의 구성도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해, 도면을 이용하여 상세하게 설명한다. 한편, 이하에서 설명하는 실시형태는 모두 포괄적 또는 구체적인 예를 나타내는 것이다. 이하의 실시형태에서 나타내지는 수치, 형상, 재료, 구성 요소, 구성 요소의 배치 및 접속 형태 등은 일례이며, 본 발명을 한정하는 주지가 아니다. 이하의 실시형태에서의 구성 요소 중 독립 청구항에 기재되지 않은 구성 요소에 대해서는 임의의 구성 요소로서 설명된다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소의 크기, 또는 크기의 비는 반드시 엄밀하지는 않다. 또한, 각 도면에서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙였고, 중복되는 설명은 생략 또는 간략화하는 경우가 있다. 또한, 이하의 실시형태에서 "접속된다"란, 직접 접속되는 경우뿐만 아니라, 다른 소자 등을 개재하여 전기적으로 접속되는 경우도 포함된다.
(실시형태 1)
[1. 멀티플렉서의 기본 구성]
도 1은 실시형태 1에 따른 멀티플렉서(10)의 구성도이다. 멀티플렉서(10)는 통과 대역이 서로 다른 복수개의 필터(여기서는 3개의 필터(20, 30, 및 40))를 포함하고, 이들 복수개의 필터의 안테나 측의 단자가 공통 단자(100)에 접속된 트리플렉서(분파기)이다. 구체적으로는 도 1에 나타내는 바와 같이, 멀티플렉서(10)는 공통 단자(100)와 3개의 개별단자(200, 300, 및 400)와 3개의 필터(20, 30, 및 40)를 가진다.
공통 단자(100)는 3개의 필터(20, 30, 및 40)에 공통으로 마련되고, 멀티플렉서(10)의 내부에서 이들 필터(20, 30, 및 40)에 접속되어 있다. 또한, 공통 단자(100)는 멀티플렉서(10)의 외부에서 안테나(도시하지 않음)에 접속된다. 즉, 공통 단자(100)는 멀티플렉서(10)의 안테나 단자이기도 하다.
개별 단자(200, 300, 및 400)는 이 순서대로 3개의 필터(20, 30, 및 40)에 개별적으로 대응하여 마련되고, 멀티플렉서(10)의 내부에서 대응하는 필터에 접속되어 있다. 또한, 개별 단자(200, 300, 및 400)는 멀티플렉서(10)의 외부에서 증폭 회로 등(도시하지 않음)을 통해 RF 신호 처리 회로(RFIC: Radio Frequency Integrated Circuit, 도시하지 않음)에 접속된다.
필터(20)는 공통 단자(100)와 개별 단자(200)를 잇는 경로 상에 배치되고, 본 실시형태에서는 LTE(Long Term Evolution)의 Band3에서의 하향 주파수대(수신 대역: 1805-1880㎒)를 통과 대역으로 하는 수신 필터이다.
필터(40)는 공통 단자(100)와 개별 단자(400)를 잇는 제1 경로 상에 배치되고, 본 실시형태에서는 LTE의 Band41n에서의 주파수대(2555-2655㎒)를 통과 대역으로 하는 필터이다. 필터(40)는 공통 단자(100)와 제1 단자(여기서는 개별 단자(400)) 사이에 배치된 제1 필터에 상당한다.
필터(30)는 공통 단자(100)와 개별 단자(300)를 잇는 경로 상에 배치되고, 본 실시형태에서는 LTE의 Band1에서의 하향 주파수대(수신 대역: 2110-2170㎒)를 통과 대역으로 하는 수신 필터이다. 필터(30)는 공통 단자(100)와 제2 단자(여기서는 개별 단자(300)) 사이에 배치되고, 통과 대역의 주파수가 필터(40)보다 낮은 제2 필터에 상당한다.
한편, 3개의 필터(20, 30, 및 40)의 통과 대역은 Band3, Band1, 및 Band41n의 조합에 한정되지 않는다. 또한, 공통 단자(100)에 접속되는 필터의 수는 2 이상이면 된다. 또한, 멀티플렉서(10)는 복수개의 송신 필터, 또는 복수개의 수신 필터로 구성되어도 되고, 송신 필터 및 수신 필터 쌍방으로 구성되어도 된다.
[2. 필터의 기본 구성]
다음으로, 각 필터(20, 30, 및 40)의 기본 구성에 대해 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 필터(40)는 직렬암 공진자(401, 402, 및 403)와 병렬암 공진자(411 및 412)와 종결합형 공진기(421)를 포함한다.
직렬암 공진자(401)(제1 직렬암 공진자), 직렬암 공진자(402)(제2 직렬암 공진자), 종결합형 공진기(421), 및 직렬암 공진자(403)(제3 직렬암 공진자)는 공통 단자(100)와 개별 단자(400)를 잇는 제1 경로(직렬암) 상에 공통 단자(100) 측으로부터 이 순서대로 직렬 배치되어 있다. 또한, 병렬암 공진자(411)는 직렬암 공진자(401 및 402)의 접속점과 그라운드를 잇는 경로(병렬암) 상에 배치되어 있다. 또한, 병렬암 공진자(412)는 종결합형 공진기(421) 및 직렬암 공진자(403)의 접속점과 그라운드를 잇는 경로(병렬암) 상에 배치되어 있다.
종결합형 공진기(421)는 예를 들면, 탄성파 전파 방향으로 서로 이웃하여 배치된 5개의 IDT(InterDigital Transducer) 전극으로 구성되어 있다. 한편, 종결합형 공진기의 IDT 전극의 수는 2 이상이면 된다.
필터(40)는 종결합형 공진기(421)에 의한 종결합형 구성, 및 직렬암 공진자(401~403) 및 병렬암 공진자(411~412)에 의해, Band41n을 통과 대역으로 하는 밴드패스 필터를 구성하고 있다.
또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, 필터(30)는 직렬암 공진자(301, 302, 및 303)와 병렬암 공진자(311 및 312)와 종결합형 공진기(321)를 포함한다. 필터(30)의 각 탄성파 공진자의 접속 구성은 필터(40)의 각 탄성파 공진자의 접속 구성과 동일하기 때문에 각 탄성파 공진자의 접속 관계에 대한 설명을 생략한다.
필터(30)는 종결합형 공진기(321)에 의한 종결합형 구성, 그리고 직렬암 공진자(301~303) 및 병렬암 공진자(311~312)에 의해, Band1을 통과 대역으로 하는 밴드패스 필터를 구성하고 있다.
또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, 필터(20)는 직렬암 공진자(201)와 병렬암 공진자(211)와 종결합형 공진기(221)를 포함한다. 직렬암 공진자(201) 및 종결합형 공진기(221)는 공통 단자(100)와 개별 단자(200)를 잇는 경로(직렬암) 상에 공통 단자(100) 측으로부터 이 순서대로 직렬 배치되어 있다. 또한, 병렬암 공진자(211)는 종결합형 공진기(221) 및 개별 단자(200)의 접속점과 그라운드를 잇는 경로(병렬암) 상에 배치되어 있다.
필터(20)는 종결합형 공진기(221)에 의한 종결합형 구성, 그리고 직렬암 공진자(201) 및 병렬암 공진자(211)에 의해, Band3을 통과 대역으로 하는 밴드패스 필터를 구성하고 있다.
한편, 상술한 필터(20, 30, 및 40)에서 종결합형 공진기(221, 321, 및 421)는 없어도 된다. 또한, 종결합형 공진기(221, 321, 및 421) 대신에 직렬암 공진자 및 병렬암 공진자로 구성된 래더형 공진기가 배치되어도 된다. 종결합형 공진기는 통과 대역 밖의 높은 감쇠량을 확보하는 데에 알맞고, 래더형 공진기는 통과 대역 내의 저손실성을 확보하는 데에 알맞다.
또한, 필터(40)는 직렬암 공진자(401~403) 중 적어도 2개의 직렬암 공진자를 포함하고 있으면 되고, 병렬암 공진자의 수는 임의이다.
또한, 필터(20 및 30)는 탄성파 공진자로 구성되지 않아도 되고, 예를 들면, LC 공진 필터 혹은 유전체 필터 등 이어도 된다.
[3. 공진자의 기본 구조]
다음으로, 필터(40)(제1 필터)를 구성하는 각 공진자(직렬암 공진자, 병렬암 공진자, 및 종결합형 공진자)의 기본 구조에 대해 설명한다. 본 실시형태에서는 상기 공진자는 탄성표면파(SAW: Surface Acoustic Wave) 공진자이다.
도 2는 실시형태 1에 따른 필터(40)의 공진자를 모식적으로 나타내는 평면도 및 단면도이다. 동 도면에는 필터(40)를 구성하는 복수개의 공진자 중 직렬암 공진자(401)의 구조를 나타내는 평면 모식도 및 단면 모식도가 예시되어 있다. 한편, 도 2에 도시된 직렬암 공진자(401)는 상기 복수개의 공진자의 전형적인 구조를 설명하기 위한 것으로서, 전극을 구성하는 전극지의 개수나 길이 등은 이에 한정되지 않는다.
도 2의 평면도에 나타내는 바와 같이, 직렬암 공진자(401)는 서로 대향하는 한 쌍의 빗살 형상 전극(11a 및 11b)을 가진다. 또한, 도시하지 않았지만, 직렬암 공진자(401)는 더욱이 한 쌍의 빗살 형상 전극(11a 및 11b)에 대하여 탄성파의 전파 방향으로 서로 이웃하여 배치된 반사기를 가진다. 한 쌍의 빗살 형상 전극(11a 및 11b)은 IDT 전극을 구성하고 있다.
빗살 형상 전극(11a)은 빗살 형상으로 배치되고, 서로 평행한 복수개의 전극지(110a)와, 복수개의 전극지(110a) 각각의 일단끼리를 접속하는 버스바(busbar) 전극(111a)으로 구성되어 있다. 또한, 빗살 형상 전극(11b)은 빗살 형상으로 배치되고, 서로 평행한 복수개의 전극지(110b)와 복수개의 전극지(110b) 각각의 일단끼리를 접속하는 버스바 전극(111b)으로 구성되어 있다. 복수개의 전극지(110a 및 110b)는 탄성파 전파방향의 직교방향으로 연장되도록 형성되어 있다.
한편, 빗살 형상 전극(11a 및 11b)은 상기 구성에 한정되지 않고, 예를 들면 오프셋 전극지를 가지고 있어도 된다. 또한, 직렬암 공진자(401)는 버스바 전극(111a 및 111b)이 탄성파 전파방향에 대하여 경사져 있는, 이른바 경사 IDT를 가지고 있어도 된다. 또한, 전극지(110a 및 110b)가 소정 간격에서 결락된, 이른바 결락 전극을 가지고 있어도 된다.
또한, 복수개의 전극지(110a 및 110b), 및 버스바 전극(111a 및 111b)으로 구성되는 IDT 전극은 도 2의 단면도에 나타내는 바와 같이, 밀착층(51)과 메인 전극층(52)의 적층 구조로 되어 있다.
밀착층(51)은 압전 기판(50)과 메인 전극층(52)의 밀착성을 향상시키기 위한 층이며, 재료로서 예를 들면, Ti가 사용된다. 밀착층(51)의 막 두께는 예를 들면, 12㎚이다.
메인 전극층(52)은 재료로서 예를 들면, Cu를 1% 함유한 Al이 사용된다. 메인 전극층(52)의 막 두께는 예를 들면 162㎚이다.
보호층(53)은 IDT 전극을 덮도록 형성되어 있다. 보호층(53)은 메인 전극층(52)을 외부 환경으로부터 보호하고, 주파수 온도 특성을 조정하며, 내습성을 높이는 등을 목적으로 하는 층이며, 예를 들면, 이산화규소를 주성분으로 하는 막이다. 보호층(53)의 막 두께는 예를 들면 25㎚이다.
한편, 밀착층(51), 메인 전극층(52) 및 보호층(53)을 구성하는 재료는 상술한 재료에 한정되지 않는다. 더욱이, IDT 전극은 상기 적층 구조가 아니어도 된다. IDT 전극은 예를 들면, Ti, Al, Cu, Pt, Au, Ag, Pd 등의 금속 또는 합금으로 구성되어도 되고, 또한 상기의 금속 또는 합금으로 구성되는 복수개의 적층체로 구성되어도 된다. 또한, 보호층(53)은 형성되지 않아도 된다.
압전 기판(50)은 IDT 전극 및 반사기가 주면(主面) 상에 배치된 압전성 기판이다. 압전 기판(50)은 예를 들면, 42°Y커트 X전파 LiTaO3 압전 단결정 또는 압전 세라믹스(X축을 중심축으로 하여 Y축으로부터 42° 회전한 축을 법선으로 하는 면으로 절단한 탄탈산리튬 단결정 또는 세라믹스로서, X축방향으로 탄성표면파가 전파하는 단결정 또는 세라믹스)로 이루어진다.
직렬암 공진자(401)를 비롯하여, 직렬암 공진자(402 및 403), 병렬암 공진자(411 및 412), 그리고 종결합형 공진기(421)가 상기 IDT 전극 및 압전 기판(50)으로 구성된 필터(40)는 누설파를 주요 탄성파로 이용하는 필터가 된다.
한편, 필터(40)를 구성하는 압전 기판(50)은 고음속 지지 기판과 저음속막과 압전막이 이 순서로 적층된 적층 구조를 가지는 압전성 기판이어도 된다. 압전막은 예를 들면, 42°Y커트 X전파 LiTaO3 압전 단결정 또는 압전 세라믹스로 이루어진다. 압전막은 예를 들면, 두께가 600㎚이다. 고음속 지지 기판은 저음속막, 압전막 및 IDT 전극을 지지하는 기판이다. 고음속 지지 기판은 더욱이 압전막을 전파하는 표면파나 경계파의 탄성파보다도 고음속 지지 기판 중의 벌크파의 음속이 고속인 기판이며, 탄성표면파를 압전막 및 저음속막이 적층되어 있는 부분에 가두고, 고음속 지지 기판으로부터 하방으로 새지 않도록 기능한다. 고음속 지지 기판은 예를 들면 실리콘 기판이며, 두께는 예를 들면 200㎛이다. 저음속막은 압전막을 전파하는 벌크파보다도 저음속막 중의 벌크파의 음속이 저속인 막이며, 압전막과 고음속 지지 기판 사이에 배치된다. 이 구조와, 탄성파가 본질적으로 저음속인 매질에 에너지가 집중된다는 성질에 의해, 탄성표면파 에너지의 IDT 전극 밖으로의 누설이 억제된다. 저음속막은 예를 들면, 이산화규소를 주성분으로 하는 막이며, 두께는 예를 들면 670㎚이다. 이 적층 구조에 의하면, 압전 기판(50)을 단층으로 사용하고 있는 구조와 비교하여, 공진 주파수 및 반공진 주파수에서의 Q값을 대폭으로 높이는 것이 가능해진다. 즉, Q값이 높은 탄성표면파 공진자를 구성할 수 있으므로, 상기 탄성표면파 공진자를 이용하여 삽입 손실이 작은 필터를 구성하는 것이 가능해진다.
한편, 고음속 지지 기판은 지지 기판과, 압전막을 전파하는 표면파나 경계파의 탄성파보다도 전파하는 벌크파의 음속이 고속인 고음속막이 적층된 구조를 가지고 있어도 된다. 이 경우, 지지 기판은 사파이어, 리튬탄탈레이트, 리튬니오베이트, 수정 등의 압전체, 알루미나, 마그네시아, 질화규소, 질화알루미늄, 탄화규소, 지르코니아, 코디에라이트, 멀라이트, 스테아타이트, 포스테라이트 등의 각종 세라믹, 유리 등의 유전체 또는 실리콘, 질화갈륨 등의 반도체 및 수지 기판 등을 사용할 수 있다. 또한, 고음속막은 질화알루미늄, 산화알루미늄, 탄화규소, 질화규소, 산질화규소, DLC막 또는 다이아몬드, 상기 재료를 주성분으로 하는 매질, 상기 재료의 혼합물을 주성분으로 하는 매질 등, 다양한 고음속 재료를 사용할 수 있다.
여기서, 탄성표면파 공진자를 구성하는 IDT 전극의 전극 파라미터에 대해 설명한다.
탄성표면파 공진자의 파장이란, 도 2에 나타내는 IDT 전극을 구성하는 복수개의 전극지(110a 또는 110b)의 반복 주기인 파장(λ)으로 규정된다. 또한, 전극 피치(P)는 파장(λ)의 1/2이고, 빗살 형상 전극(11a 및 11b)을 구성하는 전극지(110a 및 110b)의 라인 폭을 W로 하고, 서로 이웃하는 전극지(110a)와 전극지(110b) 사이의 스페이스 폭을 S로 한 경우, (W+S)로 정의된다. 또한, 한 쌍의 빗살 형상 전극(11a 및 11b)의 교차 폭(L)은 전파 방향에서 본 경우의 중복되는 전극지 길이이다. 또한, 각 공진자의 전극 듀티(R)는 복수개의 전극지(110a 및 110b)의 라인 폭 점유율이고, 복수개의 전극지(110a 및 110b)의 라인 폭과 스페이스 폭의 가산값에 대한 상기 라인 폭의 비율이며, W/(W+S)로 정의된다.
[4. 레일리파 스퓨리어스의 영향]
여기서, 누설파를 주요 탄성파로 이용하는 필터에 발생하는 레일리파 스퓨리어스의 영향에 대해 설명한다.
도 3a는 멀티플렉서(500)의 블록 구성도이다. 동(同) 도면에는 일반적인 멀티플렉서(500)의 개략 구성도가 도시되어 있다. 멀티플렉서(500)는 밴드(Ba)에 적용되는 필터(501)와 밴드(Bb)에 적용되는 필터(502)가 공통 단자(600)에 접속된 구성을 가지고 있다. 여기서, 밴드(Ba)는 밴드(Bb)보다도 저주파수 측에 할당된 밴드이다. 즉, 필터(501)의 통과 대역은 필터(502)의 통과 대역보다도 저주파수 측에 위치하고 있다. 필터(502)는 누설파를 주요 탄성파로 이용하는 탄성표면파 필터이다.
도 3b는 종래의 멀티플렉서(500)의 삽입 손실의 열화를 나타내는 도면이다. 상술한 바와 같이, 필터(502)는 누설파를 주요 탄성파로 이용하는 탄성표면파 필터이기 때문에 필터(502)의 통과 대역보다도 저주파수 측에는 레일리파 응답(레일리파 스퓨리어스)이 발생한다. 이 레일리파 응답이 발생한 주파수에서는 공통 단자(600) 측에서 필터(502)를 본 경우의 반사 계수가 악화(저하)된다. 이에 기인하여, 상기 레일리파 응답이 발생한 주파수가 필터(501)의 통과 대역에 포함되는 경우, 도 3b에 나타내는 바와 같이, 필터(501)의 통과 대역 내에 상기 레일리파 응답에 기인한 리플이 발생한다. 이 통과 대역 내에 발생한 리플에 의해, 필터(501)의 통과 대역 내의 삽입 손실이 악화된다.
도 4는 Band41n 필터 및 Band1 필터가 공통 접속된 멀티플렉서에서의 Band41n 필터의 레일리파 응답에 의한 Band1 필터의 삽입 손실의 열화를 나타내는 그래프이다. 한편, 도 4의 Band41n 필터는 도 1의 필터(40)와 동일한 공진자의 접속 구성을 가지고 있고, 도 4의 Band1 필터는 도 1의 필터(30)와 동일한 공진자의 접속 구성을 가지고 있다. 여기서, Band41n 필터의 3개의 직렬암 공진자(401, 402, 및 403)의 파장(λ)은 대략 동일하고, 상기 3개의 직렬암 공진자(401, 402, 및 403)의 레일리파 응답은 Band1 통과 대역의 고역단에 집중되어 있다.
도 5는 Band41n 필터 및 Band1 필터가 공통 접속된 멀티플렉서에서의 Band41n 필터의 각 탄성파 공진자의 임피던스 특성을 나타내는 그래프이다. 동 도면에 도시된 각 공진자의 임피던스 특성은 공통 단자(100) 측에서 Band41n 필터를 본 경우의 반사 특성을 해석하여 얻어진 것이다. 동 도면으로부터, Band1 통과 대역의 고역단에서 임피던스의 변곡점(극대점)이 나타나 있고, 특히, 공통 단자(100)에 가장 가깝게 접속된 직렬암 공진자(401)의 임피던스 변곡점이 가장 현저하게 나타나 있으며, 공통 단자(100)로부터 멀어짐에 따라, 공진자의 임피던스 변곡점은 작아져 간다. 이로부터, 도 5에서 Band41n 필터의 반사 손실의 극대점(R42)은 직렬암 공진자(401 및 402)의 레일리파 응답의 발생 주파수가 일치하고 있는 것에 기인하는 것으로 판단된다. 이 주파수에서 Band1 필터의 리플(R32)이 커지고, Band1 필터의 삽입 손실을 악화시키고 있는 것을 알 수 있다.
발명자들은 예의 검토한 결과, 필터(501)(Band1 필터)의 삽입 손실을 열화시키는 요인이 상술한 레일리파 응답이며, 이하에 나타내는 바와 같은 구성을 적용함으로써, 필터(501)(Band1 필터)의 삽입 손실의 열화를 억제할 수 있는 것을 발견했다.
도 3c는 실시형태 1의 실시예에 따른 멀티플렉서(10)의 삽입 손실의 열화를 억제하는 구성을 설명하는 도면이다. 본 실시예에 따른 멀티플렉서(10)에서는 상술한 레일리파 스퓨리어스의 크기를 저감시키기 위해, 제1 필터를 구성하는 복수개의 직렬암 공진자의 레일리파 응답의 발생 주파수를 다르게 했다. 이로써, 제1 필터의 통과 대역의 저주파수 측의 주파수에 발생하는 상기 레일리파 응답을 주파수 분산시킬 수 있다. 따라서, 제1 필터를 구성하는 복수개의 직렬암 공진자에 발생한 레일리파 응답이 특정 주파수에 집중되는 것이 피해져, 레일리파 스퓨리어스의 크기를 저감할 수 있다. 따라서, 제2 필터의 통과 대역 내에 발생하는, 상기 레일리파 응답에 기인한 리플의 크기를 저감할 수 있으므로, 제2 필터의 통과 대역 내의 삽입 손실을 저감할 수 있다.
도 3d는 실시형태 1의 변형예에 따른 멀티플렉서(10)의 삽입 손실의 열화를 억제하는 변형예의 구성을 설명하는 도면이다. 본 변형예에 따른 멀티플렉서(10)에서는 제2 필터에 대한 레일리파 스퓨리어스의 영향을 피하게 하기 위해, 제1 필터를 구성하는 복수개의 직렬암 공진자의 레일리파 응답의 발생 주파수를 제2 필터의 통과 대역 밖에 배치시켰다. 따라서, 제2 필터의 통과 대역 내에서의 상기 레일리파 스퓨리어스를 없앨 수 있으므로, 제2 필터의 통과 대역 내의 삽입 손실을 저감할 수 있다.
[5. 실시예에 따른 멀티플렉서]
표 1에 실시예 및 비교예에 따른 멀티플렉서의 B41n 필터의 IDT 전극 파라미터(파장(λ), 쌍수(N), 교차 폭(L), 및 전극 듀티(R))를 나타낸다.
한편, 표 1에는 Band41n 필터의 IDT 전극 파라미터만 표시했는데, Band1 필터 및 Band3 필터에 대해서는 실시예 및 비교예에 따른 멀티플렉서에서 동일한 IDT 전극 파라미터를 사용하고 있기 때문에 생략했다.
표 1에 나타내는 바와 같이, 비교예에 따른 멀티플렉서에서는 Band41n 필터를 구성하는 직렬암 공진자(401, 402, 및 403)의 파장(λ)을 대략 동일하게 했다. 여기서, 복수개의 직렬암 공진자의 파장(λ)이 대략 동일하다는 것은 상기 복수개의 직렬암 공진자의 파장(λ)의 차(최대 λ와 최소 λ의 차)가 0.5% 이내라고 정의된다. 이 경우, 직렬암 공진자(401, 402, 및 403)의 공진 주파수가 대략 일치함과 함께, 레일리파 응답의 발생 주파수도 거의 일치한다.
이에 반하여, 실시예에 따른 멀티플렉서(10)에서는 Band41n 필터(필터(40))를 구성하는 직렬암 공진자(401, 402, 및 403)의 파장(λ)의 차(최대 λ와 최소 λ의 차)를 2%로 했다. 보다 구체적으로는 비교예에 대하여, 직렬암 공진자(401 및 403)의 파장(λ)을 각각 2% 및 1.8% 작게 했다. 이로써, 직렬암 공진자(401 및 403)의 레일리파 응답의 발생 주파수를 Band1 필터(필터(30))의 통과 대역 밖(통과 대역보다도 고주파수 측)에 위치시켰다.
도 6은 실시예에 따른 멀티플렉서(10) 및 비교예의 멀티플렉서의 Band1 필터의 통과 특성을 비교한 그래프이다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 비교예에 따른 멀티플렉서의 Band1 필터에서는 Band41n 필터의 직렬암 공진자(401, 402, 및 403)의 파장(λ)이 대략 동일하기 때문에 Band1 통과 대역 중앙 부근에 큰 리플이 발생했다. 이것은 상술한 바와 같이, 직렬암 공진자(401, 402, 및 403) 사이에서 대략 일치한 레일리파 응답이 Band1 필터의 통과 대역 중앙 부근에 위치하고 있는 것에 기인하는 것이다.
이에 반하여, 실시예에 따른 멀티플렉서(10)의 Band1 필터(필터(30))에서는 Band41n 필터(필터(40))의 직렬암 공진자(401 및 403)의 레일리파 응답이 직렬암 공진자(402)의 레일리파 응답과 일치하지 않았다. 즉, 직렬암 공진자(401, 402 및 403)의 레일리파 스퓨리어스가 주파수 분산되어 있다. 또한, 직렬암 공진자(401 및 403)의 레일리파 응답이 Band1의 통과 대역 밖에 위치한다. 따라서, 도 6에 나타내는 바와 같이, Band1의 통과 대역 내에는 직렬암 공진자(402)의 레일리파 응답에만 기인한 리플이 관측되는데, 비교예에 따른 Band1 필터의 리플과 비교하여 작다. 따라서, 실시예에 따른 멀티플렉서(10)는 비교예에 따른 멀티플렉서와 비교하여, Band1 필터(필터(30))의 통과 대역의 삽입 손실의 열화를 억제할 수 있다.
[6. 변형예에 따른 멀티플렉서]
실시예에 따른 멀티플렉서(10)에서는 도 3c에 나타내는 바와 같이, 제1 필터를 구성하는 복수개의 직렬암 공진자의 레일리파 응답의 발생 주파수를 다르게 함으로써, 상기 레일리파 스퓨리어스를 주파수 분산시키고, 제2 필터의 통과 대역 내의 리플을 저감시켰다. 이에 반하여, 변형예에 따른 멀티플렉서에서는 도 3d에 나타내는 바와 같이, 제1 필터를 구성하는 복수개의 직렬암 공진자의 레일리파 응답의 발생 주파수를 제2 필터의 통과 대역 밖에 위치시킴으로써, 제2 필터의 통과 대역 내의 리플을 저감시키는 것이다.
우선, 멀티플렉서(10)에서, 필터(40)(제1 필터)의 직렬암 공진자(401)의 파장(제1 IDT 파장)과 직렬암 공진자(402)의 파장(제2 IDT 파장)의 차를 Dλ(%)만큼 어긋나게 한다. 이 경우에 직렬암 공진자(401)의 레일리파 응답의 발생 주파수와 직렬암 공진자(402)의 레일리파 응답의 발생 주파수의 주파수 차가 필터(40)(제1 필터)의 중심 주파수에 대하여 DR(%)만큼 발생한다고 가정한다.
이 경우, 필터(30)(제2 필터)의 비대역이 X2(%)인 멀티플렉서(10)에서, 제2 IDT 파장에 대한 제1 IDT 파장과 제2 IDT 파장의 차 Dλx(%)는 이하의 식 1을 충족하는 것이 바람직하다.
Dλx(%)≥(X2/DR)×Dλ (식1)
직렬암 공진자의 IDT 파장을 조정하면, 상기 직렬암 공진자의 공진 주파수와 함께, 레일리파 응답의 발생 주파수가 변화한다. 필터(40)(제1 필터)에서, 제1 IDT 파장 및 제2 IDT 파장을 Dλ(%)만큼 어긋나게 한 경우에 레일리파 응답의 발생 주파수의 주파수 차는 DR(%)이 된다. 이 때문에, 비대역 X2(%)를 가지는 필터(30)(제2 필터)에서, 상기 레일리파 응답을 필터(30)(제2 필터)의 통과 대역 밖에 배치하기 위해서는 제1 IDT 파장과 제2 IDT 파장의 차 Dλx(%)를 상기 식 1의 관계로 하면 된다. 이로써, 직렬암 공진자의 레일리파 응답의 발생 주파수를 필터(30)(제2 필터)의 통과 대역 밖에 배치하는 것이 가능해진다. 따라서, 제2 필터의 통과 대역 내에서의 상기 레일리파 스퓨리어스를 없앨 수 있으므로, 제2 필터의 통과 대역 내의 삽입 손실을 저감할 수 있다.
한편, 본 실시예에서 필터(40)(제1 필터)의 IDT 전극 파라미터를 표 1에 나타내는 바와 같이 설정하고, 제2 IDT 파장에 대한 제1 IDT 파장과 제2 IDT 파장의 차를 2%만큼 어긋나게 한 경우에, 직렬암 공진자(401)의 레일리파 응답의 발생 주파수와 직렬암 공진자(402)의 레일리파 응답의 발생 주파수의 주파수 차가 필터(40)(제1 필터)의 중심 주파수에 대하여 1.47% 발생한다. 즉, 상기 식 1에서 Dλ=2%이고, DR=1.47%이다. 여기서, 필터(30)(제2 필터)는 Band1 필터이고, 비대역 X2는 2.93%이다.
따라서, 상기 Dλ, DR, 및 X2를 식 1에 대입함으로써, 제2 IDT 파장에 대한 제1 IDT 파장과 제2 IDT 파장의 차 Dλx(%)는 4% 이상인 것이 도출된다.
이로써, 직렬암 공진자(401) 및 직렬암 공진자(402)의 레일리파 응답의 발생 주파수를 필터(30)(제2 필터)의 통과 대역 밖에 배치하는 것이 가능해진다. 따라서, 예를 들면, 비대역 2.93%를 가지는 LTE의 Band1을 제2 필터로 한 경우의 통과 대역 내에서의 상기 레일리파 스퓨리어스를 없앨 수 있으므로, 제2 필터의 통과 대역 내의 삽입 손실을 저감할 수 있다.
상기 실시예 및 변형예에서는 직렬암 공진자(401, 402, 및 403)의 IDT 전극의 파장(λ)의 차가 2% 이상 또는 4% 이상인 경우에 필터(30)(제2 필터)의 통과 대역 내의 삽입 손실을 저감할 수 있는 것을 나타냈다. 여기서는 필터(40)(제1 필터)를 구성하는 복수개의 직렬암 공진자의 파장(λ)의 차의 범위에 대해 설명한다.
도 7은 실시형태 1에 따른 멀티플렉서(10)에서의, 직렬암 공진자의 파장(λ)의 차에 대한 필터(40)(제1 필터)의 필터 특성을 나타내는 그래프이다. 동 도면에는 직렬암 공진자(401)의 파장(λ)을 직렬암 공진자(402 및 403)의 파장(λ)에 대하여 2%~40%의 범위에서 변화시킨 경우의, 필터(40)(제1 필터)의 통과 특성 및 전압 정재파 비를 나타낸다. 도 7의 (a)는 필터(40)(제1 필터)의 광대역 통과 특성을 나타낸다. 또한, 도 7의 (b)는 필터(40)(제1 필터)의 통과 대역 근방의 통과 특성을 나타낸다. 또한, 도 7의 (c)는 공통 단자(100)에서의 필터(40)(제1 필터)의 전압 정재파 비(VSWR)를 나타낸다. 또한, 도 7의 (d)는 개별 단자(400)에서의 필터(40)(제1 필터)의 전압 정재파 비(VSWR)를 나타낸다. 또한, 도 7의 (e)는 부정합 손실을 제거한 후의 필터(40)(제1 필터)의 통과 대역 근방의 통과 특성을 나타낸다.
도 7의 (b) 및 (e)에 나타내는 바와 같이, 필터(40)(제1 필터)의 통과 대역 내의 삽입 손실은 직렬암 공진자(401)의 파장(λ)을 2%~40%의 범위에서 변화시켜도 유의적인 변화는 보이지 않는다. 도 7의 (c) 및 (d)에 나타내는 바와 같이, 전압 정재파 비(VSWR)는 직렬암 공진자(401)의 파장(λ)을 2%에서 40%로 변화시킴에 따라 커져 가는데, 2 이하를 유지하고 있어 양호한 범위이다. 더욱이, 도 7의 (a)에 나타내는 바와 같이, 필터(40)(제1 필터)의 감쇠 대역에서도 양호한 감쇠량을 유지한다.
이상으로부터, 필터(40)(제1 필터)를 구성하는 복수개의 직렬암 공진자 중 공통 단자(100)에 가장 가까운 직렬암 공진자(401)의 파장(λ)을 기타 직렬암 공진자의 파장(λ)에 대하여 2% 이상 40% 이하로 변화시킨 경우, 필터(40)(제1 필터)의 통과 특성을 양호하게 유지하면서, 필터(30)(제2 필터)의 통과 대역 내의 삽입 손실을 저감시키는 것이 가능해진다.
한편, 상기 실시형태에 따른 멀티플렉서(10)에서, 필터(40)(제1 필터)를 구성하는 3개 이상의 직렬암 공진자 중 공통 단자(100)에 가장 가깝게 접속된 직렬암 공진자(401)에서의 레일리파 응답의 발생 주파수와, 기타 직렬암 공진자에서의 레일리파 응답의 발생 주파수가 달라도 된다.
이에 의하면, 직렬암 공진자(401)의 레일리파 응답의 발생 주파수에서의 반사 계수를, 기타 직렬암 공진자의 레일리파 응답의 발생 주파수에서의 반사 계수보다도 크게 할 수 있다. 더욱이, 직렬암 공진자(401) 쪽이 기타 직렬암 공진자보다도 공통 단자(100)에 가깝게 접속되어 있으므로, 상기 기타 직렬암 공진자의 레일리파 응답의 발생 주파수에서의 반사 계수를 상대적으로 크게 할 수 있다. 따라서, 필터(30)(제2 필터)의 통과 대역 내에서의 상기 레일리파 응답에 기인한 리플을 저감할 수 있으므로, 필터(30)(제2 필터)의 통과 대역 내의 삽입 손실을 저감할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에 따른 멀티플렉서(10)에서, 필터(40)(제1 필터)를 구성하는 3개 이상의 직렬암 공진자 중 공통 단자(100)에 가장 가깝게 접속된 직렬암 공진자(401)에서의 레일리파 응답의 발생 주파수가 필터(30)(제2 필터)의 통과 대역 밖에 위치해도 된다.
상기 구성에 의하면, 직렬암 공진자(401)의 레일리파 응답의 발생 주파수는 필터(30)(제2 필터)의 통과 대역 밖에 위치하고, 직렬암 공진자(401) 쪽이 기타 직렬암 공진자보다도 공통 단자(100)에 가깝게 접속되어 있으므로, 상기 기타 직렬암 공진자의 레일리파 응답의 반사 계수에 대한 영향을 작게 할 수 있다. 따라서, 필터(30)(제2 필터)의 통과 대역 내에서의 상기 레일리파 응답에 기인한 리플을 저감할 수 있으므로, 필터(30)(제2 필터)의 통과 대역 내의 삽입 손실을 저감할 수 있다.
한편, 이때, 실시예와 같이, 직렬암 공진자(403)의 레일리파 응답의 발생 주파수는 필터(30)(제2 필터)의 통과 대역 밖에 위치하지 않아도 된다.
(실시형태 2)
실시형태 1에 따른 멀티플렉서는 고주파 프론트 엔드 회로, 또한 상기 고주파 프론트 엔드 회로를 포함하는 통신 장치에 적용하는 것이 가능하다. 따라서, 본 실시형태에서는 이와 같은 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치에 대해 설명한다.
도 8은 실시형태 2에 따른 고주파 프론트 엔드 회로(3) 및 통신 장치(1)의 구성도이다. 한편, 동 도면에는 고주파 프론트 엔드 회로(3)와 접속되는 각 구성 요소(안테나 소자(2), RF 신호 처리 회로(RFIC)(70), 및 베이스밴드 신호 처리 회로(BBIC)(80))에 대해서도 함께 도시되어 있다. 고주파 프론트 엔드 회로(3)와 RF 신호 처리 회로(70)와 베이스밴드 신호 처리 회로(80)는 통신 장치(1)를 구성하고 있다.
고주파 프론트 엔드 회로(3)는 실시형태 1에 따른 멀티플렉서(10)와 스위치(61)와 로우노이즈 앰프 회로(62)를 포함한다.
스위치(61)는 멀티플렉서(10)의 개별 단자(200, 300, 및 400)에 접속된 선택 단자와, 필터(20, 30 및 40)의 통과 대역과 다른 주파수 대역의 고주파 신호를 통과시키는 다른 신호 경로에 접속된 선택 단자, 및 로우노이즈 앰프 회로(62)에 접속된 공통 단자를 가지는 스위치 회로이다.
스위치(61)는 제어부(도시하지 않음)로부터의 제어 신호에 따라, 공통 단자와 멀티플렉서(10) 또는 상기 기타 신호 경로를 접속하는, 예를 들면, SPDT(Single Pole Double Throw)형 스위치에 의해 구성된다. 한편, 공통 단자와 접속되는 선택 단자는 하나에 한정되지 않고, 복수개여도 상관없다. 즉, 고주파 프론트 엔드 회로(3)는 캐리어 어그리게이션에 대응해도 상관없다.
로우노이즈 앰프 회로(62)는 안테나 소자, 멀티플렉서(10)(또는 상기 기타 신호 경로) 및 스위치(61)를 경유한 고주파 신호(여기서는 고주파 수신 신호)를 증폭시키고, RF 신호 처리 회로(70)에 출력하는 수신 증폭 회로이다.
RF 신호 처리 회로(70)는 안테나 소자(2)로부터 수신 신호 경로를 통해 입력된 고주파 수신 신호를 다운 컨버팅 등에 의해 신호 처리하고, 상기 신호 처리하여 생성된 수신 신호를 베이스밴드 신호 처리 회로(80)에 출력한다. RF 신호 처리 회로(70)는 예를 들면, RFIC이다.
베이스밴드 신호 처리 회로(80)로 처리된 신호는 예를 들면, 화상 신호로서 화상 표시를 위해, 또는 음성 신호로서 통화를 위해 사용된다.
한편, 고주파 프론트 엔드 회로(3)는 상술한 각 구성 요소 사이에 다른 회로 소자를 포함하고 있어도 된다. 또한, 고주파 프론트 엔드 회로(3)는 상기 다른 신호 경로를 포함하지 않아도 되고, 이 경우에는 스위치(61)가 없어도 된다.
이상과 같이 구성된 고주파 프론트 엔드 회로(3) 및 통신 장치(1)에 의하면, 상기(실시예 및 변형예를 포함함) 실시형태 1에 따른 멀티플렉서(10)를 포함함으로써, 저주파수 측에 위치하는 제2 필터의 통과 대역 내의 삽입 손실을 저감할 수 있다.
또한, 통신 장치(1)는 고주파 신호의 처리 방식에 따라, 베이스밴드 신호 처리 회로(80)를 포함하지 않아도 된다.
또한, 본 실시형태에 따른 고주파 프론트 엔드 회로(3)는 복수개의 수신 측 필터가 공통 단자에 접속된 구성으로 되어 있는데, 송신 측 필터도 공통 단자에 접속된 구성이어도 된다. 예를 들면, 복수개의 듀플렉서가 공통 단자에 접속된 구성을 들 수 있다.
(기타 실시형태)
이상, 본 발명의 실시형태에 따른 멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치에 대해 실시예 및 변형예를 들어 설명했는데, 본 발명은 상기 실시형태, 실시예 및 변형예에서의 임의의 구성 요소를 조합하여 실현되는 다른 실시형태나, 상기 실시형태에 대하여 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서 당업자가 생각해내는 각종 변형을 가하여 얻어지는 변형예나, 본 발명에 따른 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치를 내장한 각종 기기도 본 발명에 포함된다.
상기 설명에서는 멀티플렉서로서 트리플렉서를 예로 설명했는데, 본 발명은 예를 들면, 2개 이상의 필터의 안테나 단자가 공통화된 멀티플렉서에 적용할 수 있다.
또한, 멀티플렉서는 수신 필터를 포함하는 구성에 한정되지 않고, 송신 필터만 또는 수신 필터 및 송신 필터 쌍방을 포함하는 구성이어도 상관없다.
또한, 상기 실시형태에서는 누설파를 주요 탄성파로 이용하는 제1 필터의 레일리파 응답을 주파수 분산시키기 위해, 복수개의 직렬암 공진자를 구성하는 IDT 전극의 파장(λ)을 변화시켰다. 이에 반하여, 누설파를 주요 탄성파로 이용하는 제1 필터의 레일리파 응답을 주파수 분산시키기 위해, 제1 필터를 구성하는 복수개의 병렬암 공진자를 구성하는 IDT 전극의 파장(λ)을 변화시켜도 된다.
즉, 본 발명에 따른 멀티플렉서는 공통 단자(100), 개별 단자(300 및 400)와, 공통 단자(100)와 개별 단자(400) 사이에 배치된 제1 필터와, 공통 단자(100)와 개별 단자(300) 사이에 배치되고, 통과 대역의 주파수가 제1 필터보다 낮은 제2 필터를 포함하며, 제1 필터는 공통 단자(100)와 개별 단자(400)를 잇는 제1 경로 상에 배치된 직렬암 공진회로(예를 들면, 종결합형 공진기(421))와, 상기 제1 경로와 그라운드를 잇는 경로 상에 배치된 병렬암 공진자(411) 및 병렬암 공진자(412)를 가지며, 병렬암 공진자(411 및 412) 각각은 누설파를 주요 탄성파로 이용하는 압전성 기판 및 IDT 전극으로 구성되고, 병렬암 공진자(411)에서의 레일리파 응답의 발생 주파수와, 병렬암 공진자(412)에서의 레일리파 응답의 발생 주파수는 달라도 된다.
누설파를 주요 탄성파로 이용하는 제1 필터가 제2 필터와 공통 단자(100)로 접속된 구성을 가지는 멀티플렉서에서, 제1 필터를 구성하는 병렬암 공진자(411)의 레일리파 응답(레일리파 스퓨리어스)은 제1 필터의 통과 대역보다도 저주파수 측의 주파수에 발생한다. 이 경우, 공통 단자(100) 측에서 제1 필터를 본 경우의 상기 저주파수 측의 주파수에서의 반사 계수가 악화(저하)된다. 이 때문에, 상기 저주파수 측의 주파수가 제2 필터의 통과 대역에 포함되는 경우, 제2 필터의 통과 대역 내에 상기 레일리파 응답에 기인한 리플이 발생한다. 이 리플에 의해, 제2 필터의 통과 대역 내의 삽입 손실이 악화된다.
이에 반하여, 상기 구성에 의하면, 제1 필터를 구성하는 병렬암 공진자(411 및 412)의 레일리파 응답의 발생 주파수가 다르므로, 제1 필터의 통과 대역의 저주파수 측의 주파수에 발생하는 레일리파 응답을 주파수 분산시킬 수 있다. 따라서, 복수개의 병렬암 공진자에 의해 발생한 레일리파 응답이 특정 주파수에 집중되어 가산되는 것이 피해져, 레일리파 스퓨리어스의 크기를 저감할 수 있다. 따라서, 제2 필터의 통과 대역 내에 발생하는, 상기 레일리파 스퓨리어스에 기인한 리플의 크기를 저감할 수 있으므로, 제2 필터의 통과 대역 내의 삽입 손실을 저감할 수 있다.
본 발명은 멀티밴드 시스템에 적용할 수 있는 멀티플렉서, 프론트 엔드 회로 및 통신 장치로서, 휴대전화 등의 통신기기에 널리 이용할 수 있다.
1: 통신 장치
2: 안테나 소자
3: 고주파 프론트 엔드 회로
10, 500: 멀티플렉서
11a, 11b: 빗살 형상 전극
20, 30, 40, 501, 502: 필터
50: 압전 기판
51: 밀착층
52: 메인 전극층
53: 보호층
61: 스위치
62: 로우노이즈 앰프 회로
70: RF 신호 처리 회로(RFIC)
80: 베이스밴드 신호 처리 회로(BBIC)
100, 600: 공통 단자
110a, 110b: 전극지
111a, 111b: 버스바 전극
200, 300, 400: 개별 단자
201, 301, 302, 303, 401, 402, 403: 직렬암 공진자
211, 311, 312, 411, 412: 병렬암 공진자
221, 321, 421: 종결합형 공진기
2: 안테나 소자
3: 고주파 프론트 엔드 회로
10, 500: 멀티플렉서
11a, 11b: 빗살 형상 전극
20, 30, 40, 501, 502: 필터
50: 압전 기판
51: 밀착층
52: 메인 전극층
53: 보호층
61: 스위치
62: 로우노이즈 앰프 회로
70: RF 신호 처리 회로(RFIC)
80: 베이스밴드 신호 처리 회로(BBIC)
100, 600: 공통 단자
110a, 110b: 전극지
111a, 111b: 버스바 전극
200, 300, 400: 개별 단자
201, 301, 302, 303, 401, 402, 403: 직렬암 공진자
211, 311, 312, 411, 412: 병렬암 공진자
221, 321, 421: 종결합형 공진기
Claims (12)
- 공통 단자, 제1 단자 및 제2 단자와,
상기 공통 단자와 상기 제1 단자 사이에 배치된 제1 필터와,
상기 공통 단자와 상기 제2 단자 사이에 배치되고, 통과 대역의 주파수가 상기 제1 필터보다 낮은 제2 필터를 포함하며,
상기 제1 필터는,
적어도 상기 공통 단자와 상기 제1 단자를 잇는 제1 경로 상에 배치된 제1 직렬암(serial arm) 공진자 및 제2 직렬암 공진자를 가지며,
상기 제1 직렬암 공진자 및 상기 제2 직렬암 공진자 각각은,
누설파를 주요 탄성파로 이용하는 압전성 기판 및 IDT 전극으로 구성되고,
상기 제1 직렬암 공진자에서의 레일리파 응답의 발생 주파수와 상기 제2 직렬암 공진자에서의 레일리파 응답의 발생 주파수가 다르며,
상기 제1 직렬암 공진자의 상기 IDT 전극을 구성하는 복수개의 전극지의 반복 피치로 규정되는 제1 IDT 파장과 상기 제2 직렬암 공진자의 상기 IDT 전극을 구성하는 복수개의 전극지의 반복 피치로 규정되는 제2 IDT 파장이 상기 제2 IDT 파장의 2% 이상 다르고,
상기 제2 IDT 파장에 대한 상기 제1 IDT 파장과 상기 제2 IDT 파장의 차가 Dλ(%)인 경우에, 상기 제1 직렬암 공진자의 레일리파 응답의 발생 주파수와 상기 제2 직렬암 공진자의 레일리파 응답의 발생 주파수의 주파수 차가 상기 제1 필터의 중심 주파수에 대하여 DR(%)만큼 발생하는 경우,
상기 제2 필터의 비대역이 X2(%)인 멀티플렉서에서, 상기 제2 IDT 파장에 대한 상기 제1 IDT 파장과 상기 제2 IDT 파장의 차 Dλx(%)는
Dλx(%)≥(X2/DR)×Dλ
라는 관계를 충족하는, 멀티플렉서. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제2 IDT 파장에 대한 상기 제1 IDT 파장과 상기 제2 IDT 파장의 차를 2%만큼 어긋나게 한 경우에 상기 제1 직렬암 공진자의 레일리파 응답의 발생 주파수와 상기 제2 직렬암 공진자의 레일리파 응답의 발생 주파수의 주파수 차가 상기 제1 필터의 중심 주파수에 대하여 1.47% 발생하고,
상기 제2 필터의 비대역이 2.93%인 상기 멀티플렉서에서, 상기 제2 IDT 파장에 대한 상기 제1 IDT 파장과 상기 제2 IDT 파장의 차는 4% 이상인, 멀티플렉서. - 제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 제1 필터는,
상기 제1 경로 상에 배치된 제3 직렬암 공진자를 가지며,
상기 제3 직렬암 공진자는 누설파를 주요 탄성파로 이용하는 압전성 기판 및 IDT 전극으로 구성되고,
상기 제1 직렬암 공진자에서의 레일리파 응답의 발생 주파수와 상기 제3 직렬암 공진자에서의 레일리파 응답의 발생 주파수는 다르며,
상기 제1 직렬암 공진자, 상기 제2 직렬암 공진자, 및 상기 제3 직렬암 공진자 중 상기 제1 직렬암 공진자는 상기 공통 단자에 가장 가깝게 접속되는, 멀티플렉서. - 제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 제1 필터는,
상기 제1 경로 상에 배치된 제3 직렬암 공진자를 가지며,
상기 제3 직렬암 공진자는 누설파를 주요 탄성파로 이용하는 압전성 기판 및 IDT 전극으로 구성되고,
상기 제1 직렬암 공진자에서의 레일리파 응답의 발생 주파수는 상기 제2 필터의 통과 대역 밖에 위치하며,
상기 제1 직렬암 공진자, 상기 제2 직렬암 공진자, 및 상기 제3 직렬암 공진자 중 상기 제1 직렬암 공진자는 상기 공통 단자에 가장 가깝게 접속되는, 멀티플렉서. - 제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 제1 필터는,
상기 제1 경로와 그라운드를 잇는 경로 상에 배치된 병렬암(parallel arm) 공진자를 가지며,
상기 제1 필터는 상기 제1 직렬암 공진자, 상기 제2 직렬암 공진자, 및 상기 병렬암 공진자로 구성되는 래더(ladder)형 필터 구조를 가지는, 멀티플렉서. - 제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 제1 필터는 상기 제1 경로 상에 배치된 종결합형 필터 구조를 가지는, 멀티플렉서. - 제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 제1 필터의 통과 대역은 LTE(Long Term Evolution)의 Band41n에서의 하향 주파수대이고,
상기 제2 필터의 통과 대역은 상기 LTE의 Band1에서의 하향 주파수대인, 멀티플렉서. - 삭제
- 제1항 또는 제4항에 기재된 멀티플렉서와,
상기 멀티플렉서에 접속된 증폭 회로를 포함하는, 고주파 프론트 엔드 회로. - 안테나 소자로 송수신되는 고주파 신호를 처리하는 RF 신호 처리 회로와,
상기 안테나 소자와 상기 RF 신호 처리 회로 사이에서 상기 고주파 신호를 전달하는 제11항에 기재된 주파수 프론트 엔드 회로를 포함하는, 통신 장치.
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