KR102358740B1 - 필터 장치, 멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치 - Google Patents

필터 장치, 멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치 Download PDF

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Abstract

필터 장치(10A)는 입출력 단자(T1 및 T2)를 잇는 경로 상에 마련된 직렬암 회로(11s)와, 상기 경로 상의 노드(x1) 및 그라운드에 접속된 병렬암 공진자(p1)를 포함하고, 공진 회로인 직렬암 회로(11s)는 직렬암 공진자(s1)와, 직렬암 공진자(s1)와 병렬 접속되면서 직렬암 공진자(s1)의 단위 면적당 정전 용량값보다도 단위 면적당 정전 용량값이 큰 커패시터(Cs1)를 가진다.

Description

필터 장치, 멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치
본 발명은 필터 장치, 멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치에 관한 것이다.
종래, 이동체 통신기의 프론트 엔드부에 배치되는 대역 통과형 필터 등에 탄성파를 사용한 필터 장치가 널리 이용되고 있다. 또한, 멀티모드/멀티밴드 등의 복합화에 대응하기 위해, 복수개의 필터 장치를 포함한 고주파 프론트 엔드 회로가 실용화되어 있다.
멀티모드/멀티밴드에 대응하는 필터 장치로는 특허문헌 1에 나타내는 바와 같이, 직렬암(series arm) 공진자 및 병렬암(parallel arm) 공진자를 이용한 래더(ladder)형 필터가 알려져 있다. 구체적으로는 제1 입출력 단자 및 제2 입출력 단자를 잇는 경로 상에 마련된 직렬암 공진자와, 상기 경로 상의 노드와 그라운드에 접속된 병렬암 공진자로 래더형 필터가 구성된다. 그리고 직렬암 공진자 또는 병렬암 공진자에 병렬로 용량 소자(커패시터)를 접속하여 실효적 전기기계 결합 계수를 다른 공진자와 다르게 함으로써, 협대역에서 급준성이 높은 필터 장치를 실현할 수 있다고 되어 있다.
일본 공개특허공보 특개2004-343168호
멀티모드/멀티밴드에 대응하는 이동체 통신기는 필터 장치의 원수(員數)가 많기 때문에, 필터 장치의 소형화가 강하게 요구된다. 그러나 상기 특허문헌 1에 기재된 필터 장치에서는 실효적 전기기계 결합 계수를 조정하기 위해 공진자에 병렬 접속되는 커패시터의 사이즈가 크기 때문에, 필터 장치의 사이즈가 커진다는 문제가 있다. 더욱이, 커패시터의 사이즈가 크기 때문에 공진자와 커패시터를 접속하는 배선이 길어지고, 배선의 저항에 의해 필터 장치의 통과 대역 내의 삽입 손실이 커진다는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 필터 특성을 유지하면서 소형화된 필터 장치, 멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로, 및 통신 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 한 양태에 따른 필터 장치는 제1 입출력 단자, 제2 입출력 단자를 가지는 필터 장치로서, 상기 제1 입출력 단자와 상기 제2 입출력 단자를 잇는 경로 상에 마련된 직렬암 회로와, 상기 경로 상의 노드 및 그라운드에 접속된 병렬암 회로를 포함하고, 상기 직렬암 회로 및 상기 병렬암 회로 중 적어도 한쪽 회로는 공진 회로를 가지며, 상기 공진 회로는 제1 탄성파 공진자와, 상기 제1 탄성파 공진자와 병렬 접속되면서 상기 제1 탄성파 공진자의 단위 면적당 정전 용량값보다도 단위 면적당 정전 용량값이 큰 제1 커패시터를 가진다.
상기 구성에 의하면, 제1 커패시터에 의해 공진 회로의 반공진 주파수와 공진 주파수의 주파수 차를 작게 할 수 있다. 여기서, 제1 커패시터의 단위 면적당 정전 용량값을 제1 탄성파 공진자의 단위 면적당 정전 용량값보다도 크게 함으로써, 제1 커패시터를 소형으로 할 수 있다. 또한, 제1 커패시터를 소형으로 함으로써, 제1 탄성파 공진자와 제1 커패시터를 접속하는 배선을 짧게 할 수 있다.
따라서, 상기 주파수 차로 규정되는 필터 특성을 유지하면서 필터 장치를 소형화하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 직렬암 회로 및 상기 병렬암 회로 중 한쪽 회로만이 상기 공진 회로를 가지며, 상기 직렬암 회로 및 상기 병렬암 회로 중 다른 쪽 회로는 커패시터가 병렬 접속되지 않은 제2 탄성파 공진자를 가지며, 탄성파 공진자의 반공진 주파수와 상기 탄성파 공진자의 공진 주파수의 주파수 차를 상기 탄성파 공진자의 공진 주파수로 나눈 값을 상기 탄성파 공진자의 비대역 폭으로 정의한 경우, 상기 제1 탄성파 공진자의 비대역 폭은 상기 제2 탄성파 공진자의 비대역 폭보다 커도 된다.
제1 탄성파 공진자의 비대역 폭이 제2 탄성파 공진자의 비대역 폭보다 큼으로써, 상기 공진 회로의 비대역 폭을 작게 하기 위한 제1 커패시터의 정전 용량값을 크게 하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 제1 커패시터의 정전 용량값이 클수록, 단위 면적당 정전 용량값이 상대적으로 큰 제1 커패시터의 공진 회로에 차지하는 면적비가 커지므로, 공진 회로를 보다 효과적으로 소형화하는 것이 가능해진다. 따라서, 필터 장치를 효과적으로 소형화할 수 있다.
또한, 상기 직렬암 회로 및 상기 병렬암 회로 중 한쪽 회로만이 상기 공진 회로를 가지며, 상기 직렬암 회로 및 상기 병렬암 회로 중 다른 쪽 회로는 커패시터가 병렬 접속되지 않은 제2 탄성파 공진자를 가지며, 상기 공진 회로의 정전 용량은 상기 제2 탄성파 공진자의 정전 용량보다 커도 된다.
공진 회로의 정전 용량값은 제1 탄성파 공진자의 정전 용량값 및 제1 커패시터의 정전 용량값의 합으로 규정되고, 상기 정전 용량값의 합이 클수록, 공진 회로의 임피던스는 낮아진다. 여기서, 공진 회로의 정전 용량값이 제2 탄성파 공진자의 정전 용량값과 동일한 경우, 상기 공진 회로는 단위 면적당 정전 용량값이 큰 제1 커패시터가 접속되기 때문에, 제2 탄성파 공진자보다 소형이 된다. 이 관점에서, 상기 구성과 같이, 공진 회로의 정전 용량값이 제2 탄성파 공진자의 정전 용량값보다 큰 경우에는 보다 효과적으로 필터 장치를 소형화하는 것이 가능해진다.
또한, 탄성파 공진자의 반공진 주파수와 상기 탄성파 공진자의 공진 주파수의 주파수 차를 상기 탄성파 공진자의 공진 주파수로 나눈 값을 상기 탄성파 공진자의 비대역 폭으로 정의하고, 공진 회로의 임피던스가 극소인 주파수를 상기 공진 회로의 공진 주파수, 상기 공진 회로의 임피던스가 극대인 주파수를 상기 공진 회로의 반공진 주파수로 하며, 상기 공진 회로의 반공진 주파수와 상기 공진 회로의 공진 주파수의 주파수 차를 상기 공진 회로의 공진 주파수로 나눈 값을 상기 공진 회로의 비대역 폭으로 정의한 경우, 상기 공진 회로의 비대역 폭은 상기 제2 탄성파 공진자의 비대역 폭 이하이어도 된다.
이로써, 필터 장치의 통과 대역 저역(低域) 측 또는 통과 대역 고역(高域) 측의 급준성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 입출력 단자와 상기 제2 입출력 단자를 잇는 경로 상에 마련된 하나 이상의 상기 직렬암 회로와, 상기 경로 상의 각 노드와 그라운드에 접속된 하나 이상의 상기 병렬암 회로와, 상기 하나 이상의 직렬암 회로 및 상기 하나 이상의 병렬암 회로 중 둘 이상의 회로에 배치된 복수개의 상기 공진 회로를 포함하고, 상기 하나 이상의 직렬암 회로와 상기 하나 이상의 병렬암 회로는 다단(多段)의 래더형 필터 회로를 구성해도 된다.
이로써, 필터 특성을 유지하면서 필터 장치를 더 소형으로 할 수 있다.
또한, 상기 병렬암 회로는 상기 공진 회로와, 상기 공진 회로에 직렬로 접속된 스위치 회로를 가지며, 상기 스위치 회로는 제2 커패시터 또는 인덕터 중 한쪽인 임피던스 소자와, 상기 임피던스 소자에 병렬로 접속된 스위치 소자를 가져도 된다.
상기 병렬암 회로에 의하면, 스위치 소자의 도통 및 비도통 전환에 의해 스위치 회로의 임피던스를 전환할 수 있고, 상기 병렬암 회로의 공진 주파수를 전환할 수 있다. 한편, 스위치 회로와 공진 회로가 직렬 접속되기 때문에, 공진 회로의 임피던스를 낮게 설계하는(정전 용량값을 크게 하는) 것이 필요해지는데, 공진 회로를 구성하는 제1 커패시터의 단위 면적당 정전 용량값이 제1 탄성파 공진자의 단위 면적당 정전 용량값보다도 크므로, 공진 회로를 소형화할 수 있다. 따라서, 주파수 가변 기능을 가지는 소형의 필터 장치를 실현할 수 있다.
또한, 상기 공진 회로를 가지는 상기 직렬암 회로 및 상기 병렬암 회로 중 한쪽은 복수개의 상기 공진 회로를 가지며, 상기 복수개의 공진 회로는 직렬로 접속되어도 된다.
소비 전력이 크고, 탄성파 공진자를 가지는 직렬암 회로 또는 병렬암 회로는 고(高)전력이 인가된 경우에 그 탄성파 공진자가 파괴되는 경우가 있다. 그 때문에, 직렬 분할된 탄성파 공진자를 이용하는 것이 일반적인 대책이다. 이 경우에는 직렬 분할된 각각의 탄성파 공진자의 정전 용량값을 크게 할 필요가 있어, 탄성파 공진자의 사이즈가 커진다.
상기 구성에 의하면, 소비 전력이 크고, 탄성파 공진자를 가지는 직렬암 회로 또는 병렬암 회로에서 직렬 분할되는 탄성파 공진자 대신에 복수개의 공진 회로가 탄성파 공진자를 개재하지 않고 직렬로 접속되므로, 상기 직렬암 회로 또는 병렬암 회로의 내전력성을 확보할 수 있다. 따라서, 내전력성이 확보된 소형의 필터 장치를 실현할 수 있다.
또한, 상기 공진 회로를 가지는 상기 직렬암 회로 및 상기 병렬암 회로 중 한쪽은 상기 제1 입출력 단자 및 상기 제2 입출력 단자 중 전력이 인가되는 단자에 탄성파 공진자를 가지는 직렬암 회로 및 탄성파 공진자를 가지는 병렬암 회로를 개재하지 않고 접속되어도 된다.
탄성파 공진자는 상기 탄성파 공진자의 반공진 주파수에서 내전력성이 가장 낮다. 한편, 공진 회로는 제1 탄성파 공진자에 제1 커패시터가 병렬로 접속되기 때문에, 공진 회로의 반공진 주파수는 제1 탄성파 공진자의 반공진 주파수보다 낮다. 이 때문에, 제1 탄성파 공진자의 내전력성이 낮은 반공진 주파수에서의 소비 전력을 낮출 수 있다. 따라서, 공진 회로를 가지는 직렬암 회로 또는 병렬암 회로의 내전력성을 향상시킬 수 있고, 필터 장치의 내전력성을 높일 수 있다.
또한, 상기 제1 탄성파 공진자는 압전성을 가지는 기판과, 상기 압전성을 가지는 기판 상에 형성된 복수개의 전극지(電極指)로 이루어지는 IDT 전극을 가지는 탄성 표면파 공진자이고, 상기 제1 커패시터는 상기 압전성을 가지는 기판 상에 형성된, 복수개의 전극지로 이루어지는 빗살(櫛齒) 용량을 가지며, 상기 빗살 용량에서의 상기 복수개의 전극지의 전극지 사이 갭은 상기 IDT 전극에서의 상기 복수개의 전극지의 전극지 사이 갭보다 좁아도 된다.
이로써, 제1 커패시터의 사이즈를 작게 할 수 있다.
또한, 상기 빗살 용량에서의 상기 복수개의 전극지의 반복 피치는 상기 IDT 전극에서의 상기 복수개의 전극지의 반복 피치보다 좁아도 된다.
이로써, 제1 커패시터의 사이즈를 작게 할 수 있음과 함께, Q특성이 향상된다.
또한, 상기 빗살 용량에서의 상기 복수개의 전극지의 막 두께는 상기 IDT 전극에서의 상기 복수개의 전극지의 막 두께보다 얇아도 된다.
제1 커패시터를 구성하는 빗살 용량의 전극지 피치를 더 작게 할 수 있고, 제1 커패시터의 사이즈를 더 작게 할 수 있음과 함께, Q특성이 더 향상된다.
또한, 복수개의 전극지의 피치에 대한 복수개의 전극지의 폭의 비를 듀티비로 정의한 경우, 상기 빗살 용량의 듀티비는 상기 IDT 전극의 듀티비보다 커도 된다.
이로써, 제1 커패시터의 사이즈를 더 작게 할 수 있다.
또한, 상기 제1 탄성파 공진자는 압전성을 가지는 기판 상과, 상기 압전성을 가지는 기판 상에 형성된 복수개의 전극지로 이루어지는 IDT 전극을 가지는 탄성 표면파 공진자이고, 상기 제1 커패시터는 제1 전극과, 상기 제1 전극과 대향한 제2 전극과, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 절연체를 가지며, 상기 절연체의 유전율은 상기 압전성을 가지는 기판의 유전율보다 높아도 된다.
이로써, 제1 커패시터의 사이즈를 작게 할 수 있다. 또한, 자기(自己) 공진 주파수를 고주파 측에 위치시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 커패시터는 제1 전극과, 상기 제1 전극과 대향한 제2 전극과, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 절연체를 가지며, 상기 제1 탄성파 공진자는 제3 전극과, 상기 제3 전극과 대향한 제4 전극과, 상기 제3 전극과 상기 제4 전극 사이에 배치된 압전체를 가지며, 상기 절연체의 유전율은 상기 압전체의 유전율보다 높아도 된다.
이로써, 제1 커패시터의 사이즈를 작게 할 수 있다. 또한, 자기 공진 주파수를 고주파 측에 위치시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 커패시터는 제1 전극과, 상기 제1 전극과 대향한 제2 전극과, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 절연체를 가지며, 상기 제1 탄성파 공진자는 제3 전극과, 상기 제3 전극과 대향한 제4 전극과, 상기 제3 전극과 상기 제4 전극 사이에 배치된 압전체를 가지며, 상기 절연체의 막 두께는 상기 압전체의 막 두께보다 얇아도 된다.
이로써, 제1 커패시터의 사이즈를 작게 할 수 있다. 또한, 자기 공진 주파수를 고주파 측에 위치시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 한 양태에 따른 멀티플렉서는 상기 어느 하나에 기재된 필터 장치를 포함하는 복수개의 필터를 포함하고, 상기 복수개의 필터 각각의 입력 단자 및 출력 단자 중 한쪽은 공통 단자에 직접적 또는 간접적으로 접속된다.
또한, 상기 필터 장치의 상기 입력 단자 및 출력 단자 중 한쪽은 상기 공진 회로를 가지는 상기 직렬암 회로 및 상기 병렬암 회로 중 한쪽과, 탄성파 공진자를 가지는 직렬암 회로 및 탄성파 공진자를 가지는 병렬암 회로를 개재하지 않고 접속되며, 상기 필터 장치를 제외한 상기 복수개의 필터 중 적어도 하나는 상기 필터 장치의 통과 대역의 주파수보다 높은 통과 대역을 가져도 된다.
탄성파 공진자의 반공진 주파수의 고주파수 측에서는 벌크파의 방사에 의한 손실(벌크파 손실)이 발생하고, Q값이 낮은 커패시터로서 기능한다. 그 때문에, 필터 장치의 통과 대역보다 높은 통과 대역을 가지는 필터를 포함하는 멀티플렉서에서는 상기 필터의 삽입 손실이 악화되는 것이 상정된다.
이에 반해, 상기 구성에 의하면, 제1 탄성파 공진자와 제1 커패시터가 병렬 접속된 공진 회로는 벌크파 손실이 있는 제1 탄성파 공진자와, 벌크파 손실이 없는 제1 커패시터에 전력이 분배되고, 공진 회로에서의 벌크파 손실을 저감할 수 있다. 따라서, 통과 대역의 주파수가 높은 상기 필터에서의 통과 대역 내의 삽입 손실을 저감할 수 있다.
또한, 본 발명의 한 양태에 따른 고주파 프론트 엔드 회로는 상기 어느 하나에 기재된 필터 장치, 또는 상기 어느 하나에 기재된 멀티플렉서와, 상기 필터 장치 또는 상기 멀티플렉서에 직접적 또는 간접적으로 접속된 증폭 회로를 포함한다.
이로써, 필터 장치 또는 멀티플렉서의 통과 대역 내의 삽입 손실을 저감함과 함께, 필터 장치 또는 멀티플렉서를 소형화할 수 있다. 따라서, 고주파 프론트 엔드 회로에서의 이득이 향상됨과 함께, 고주파 프론트 엔드 회로를 소형화할 수 있다.
또한, 본 발명의 한 양태에 따른 통신 장치는 안테나 소자에서 송수신되는 고주파 신호를 처리하는 RF 신호 처리 회로와, 상기 안테나 소자와 상기 RF 신호 처리 회로 사이에서 상기 고주파 신호를 전달하는 상기 고주파 프론트 엔드 회로를 포함한다.
이로써, 통신 장치의 통신 품질을 향상시키고, 사이즈를 소형화할 수 있다.
본 발명에 의하면, 필터 특성을 유지하면서 소형화된 필터 장치, 멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로, 및 통신 장치를 제공하는 것이 가능해진다.
도 1a는 실시예 1에 따른 필터 장치의 회로 구성도이다.
도 1b는 실시예 1에 따른 필터 장치의 임피던스 특성 및 통과 특성을 나타내는 그래프이다.
도 2는 실시예 1 및 비교예 1에 따른 필터 장치의 사이즈를 비교한 도면이다.
도 3은 탄성파 공진자와 커패시터가 병렬 접속된 공진 회로의 등가 회로 및 임피던스 특성을 나타내는 도면이다.
도 4a는 실시예 2에 따른 필터 장치의 회로 구성도이다.
도 4b는 실시예 2에 따른 필터 장치의 임피던스 특성 및 통과 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5a는 실시예 3에 따른 필터 장치의 회로 구성도이다.
도 5b는 실시예 1 및 실시예 3에 따른 필터 장치의 임피던스 특성 및 통과 특성을 비교한 그래프이다.
도 5c는 실시예 1 및 실시예 3에 따른 필터 장치의 임피던스 특성 및 등가 직렬 저항을 비교한 그래프이다.
도 6a는 실시예 4에 따른 필터 장치의 회로 구성도이다.
도 6b는 실시예 2 및 실시예 4에 따른 필터 장치의 임피던스 특성 및 통과 특성을 비교한 그래프이다.
도 6c는 실시예 2 및 실시예 4에 따른 필터 장치의 임피던스 특성 및 등가 직렬 저항을 비교한 그래프이다.
도 7a는 실시형태 1에서의 직렬암 공진자 및 병렬암 공진자의 IDT 전극의 전극지를 구성하는 전극막 및 그 주위 구조의 제1 예를 나타내는 단면도이다.
도 7b는 실시형태 1에서의 직렬암 공진자 및 병렬암 공진자의 IDT 전극의 전극지를 구성하는 전극막 및 그 주위 구조의 제2 예를 나타내는 단면도이다.
도 7c는 실시형태 1에서의 직렬암 공진자 및 병렬암 공진자의 IDT 전극의 전극지를 구성하는 전극막 및 그 주위 구조의 제3 예를 나타내는 단면도이다.
도 8은 제1 조정막의 막 두께와 탄성파 공진자의 임피던스의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 제1 조정막의 막 두께와 탄성파 공진자의 공진 주파수, 반공진 주파수, 및 비대역 폭의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 제2 조정막의 막 두께와 탄성파 공진자의 임피던스의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은 제2 조정막의 막 두께와 탄성파 공진자의 공진 주파수, 반공진 주파수, 및 비대역 폭의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12a는 실시예 5에 따른 필터 장치의 회로 구성도이다.
도 12b는 실시예 6에 따른 필터 장치의 회로 구성도이다.
도 12c는 비교예 3에 따른 필터 장치의 회로 구성도이다.
도 12d는 실시예 5, 실시예 6 및 비교예 3에 따른 필터 장치의 통과 특성을 비교한 그래프이다.
도 13a는 실시예 7에 따른 필터 장치의 회로 구성도이다.
도 13b는 실시예 1 및 실시예 7에 따른 필터 장치의 임피던스 특성 및 통과 특성을 비교한 그래프이다.
도 14a는 실시예 8에 따른 필터 장치의 회로 구성도이다.
도 14b는 실시예 8 및 비교예 4에 따른 필터 장치의 통과 특성을 비교한 그래프이다.
도 15a는 실시예 9에 따른 필터 장치의 회로 구성도이다.
도 15b는 실시예 9에 따른 필터 장치의 임피던스 특성 및 통과 특성을 나타내는 그래프이다.
도 16a는 비교예 5에 따른 필터 장치의 회로 구성도이다.
도 16b는 비교예 6에 따른 필터 장치의 회로 구성도이다.
도 17a는 실시예 10에 따른 필터 장치의 회로 구성도이다.
도 17b는 실시예 11에 따른 필터 장치의 회로 구성도이다.
도 18a는 실시예 12에 따른 멀티플렉서의 회로 구성도이다.
도 18b는 실시예 13에 따른 멀티플렉서의 회로 구성도이다.
도 19a는 실시예 12 및 실시예 13에 따른 멀티플렉서의 통과 특성을 비교한 그래프이다.
도 19b는 실시예 13에 따른 저역 측 필터의 통과 특성 및 반사 특성을 나타내는 그래프이다.
도 19c는 실시예 13에 따른 저역 측 필터의 공진 회로의 임피던스 특성, 반사 특성 및 용량 특성을 나타내는 그래프이다.
도 20a는 실시형태 1에 따른 필터 장치 및 멀티플렉서를 구성하는 공진 회로의 전극 구조를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 20b는 비교예에 따른 필터 장치의 공진 회로의 전극 구조를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 21a는 전형예에서 빗살 용량의 전극지 피치와, 용량값, 임피던스 및 용량 Q값의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 21b는 전형예에서 빗살 용량의 전극지 피치와, 단위 면적당 용량, 용량 Q값 및 자기 공진 주파수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 21c는 전형예에서 빗살 용량의 전극지 피치에 대한 막 두께와, 단위 면적당 용량, 용량 Q값 및 자기 공진 주파수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 21d는 전형예에서 빗살 용량의 듀티비와, 단위 면적당 용량, 용량 Q값 및 자기 공진 주파수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 22a는 실시형태 1에 따른 필터 장치 및 멀티플렉서를 구성하는 커패시터의 전극 구조를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 22b는 빗살 전극형 커패시터 및 MIM형 커패시터의 용량, 임피던스, 용량 Q값을 비교한 그래프이다.
도 23a는 실시형태 2에 따른 통신 장치의 구성도이다.
도 23b는 실시형태 2의 변형예에 따른 통신 장치의 구성도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 실시예 및 도면을 이용하여 상세하게 설명한다. 한편, 이하에서 설명하는 실시형태는 모두 포괄적 또는 구체적인 예를 나타내는 것이다. 이하의 실시형태에서 나타나는 수치, 형상, 재료, 구성 요소, 구성 요소의 배치 및 접속 형태 등은 일례이며, 본 발명을 한정하는 주지는 아니다. 이하의 실시형태에서의 구성 요소 중 독립 청구항에 기재되어 있지 않은 구성 요소에 대해서는 임의의 구성 요소로서 설명된다. 또한, 도면에 도시되는 구성 요소의 크기, 또는 크기의 비는 반드시 엄밀하지 않다. 또한, 각 도면에서 실질적으로 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 있고, 중복되는 설명은 생략 또는 간략화하는 경우가 있다. 또한, 공진자 등의 회로 소자에 대해서는 요구 사양 등에 따라 정수(定數)가 적절히 조정될 수 있다. 이 때문에, 회로 소자에 대해서는 동일한 부호이어도 정수가 다른 경우도 있다.
또한, 이하에서 "통과 대역 저역단(端)"은 "통과 대역 내의 가장 낮은 주파수"를 의미한다. 또한, "통과 대역 고역단"은 "통과 대역 내의 가장 높은 주파수"를 의미한다. 또한, 이하에서 "통과 대역 저역 측"은 "통과 대역 밖이면서 통과 대역보다 저주파수 측"을 의미한다. 또한 "통과 대역 고역 측"은 "통과 대역 밖이면서 통과 대역보다 고주파수 측"을 의미한다. 또한, 이하에서는 "저주파수 측"을 "저역 측"이라고 칭하고, "고주파수 측"을 "고역 측"이라고 칭하는 경우가 있다.
또한, 공진자 또는 회로에서의 공진 주파수란, 특별히 언급이 없는 한, 상기 공진자 또는 상기 회로를 포함하는 필터의 통과 대역 또는 통과 대역 근방의 감쇠극을 형성하기 위한 공진 주파수이며, 상기 공진자 또는 상기 회로의 임피던스가 극소가 되는 특이점(이상적으로는 임피던스가 0이 되는 점)인 "공진점"의 주파수이다.
또한, 공진자 또는 회로에서의 반공진 주파수란, 특별히 언급이 없는 한, 상기 공진자 또는 상기 회로를 포함하는 필터의 통과 대역 또는 통과 대역 근방의 감쇠극을 형성하기 위한 반공진 주파수이며, 상기 공진자 또는 상기 회로의 임피던스가 극대가 되는 특이점(이상적으로는 임피던스가 무한대가 되는 점)인 "반공진점"의 주파수이다.
한편, 이하의 실시형태에서 직렬암(공진) 회로 및 병렬암(공진) 회로는 이하와 같이 정의된다.
병렬암(공진) 회로는 제1 입출력 단자 및 제2 입출력 단자를 잇는 경로 상의 하나의 노드와 그라운드 사이에 배치된 회로이다.
직렬암(공진) 회로는 제1 입출력 단자 또는 제2 입출력 단자와, 병렬암(공진) 회로가 접속되는 상기 경로 상의 노드 사이에 배치된 회로, 또는 하나의 병렬암(공진) 회로가 접속되는 상기 경로 상의 하나의 노드와, 다른 병렬암(공진) 회로가 접속되는 상기 경로 상의 다른 노드 사이에 배치된 회로이다.
(실시형태 1)
[1.1 실시예 1에 따른 필터 장치]
도 1a는 실시예 1에 따른 필터 장치(10A)의 회로 구성도이다. 동도면에 도시된 필터 장치(10A)는 직렬암 회로(11s)와 병렬암 공진자(p1)와 입출력 단자(T1 및 T2)를 포함한다.
본 실시예에서 직렬암 회로(11s)는 입출력 단자(T1)와 입출력 단자(T2)를 잇는 경로 상에 접속되고, 직렬암 공진자(s1)와 커패시터(Cs1)를 가지고 있다. 직렬암 회로(11s)는 직렬암 공진자(s1)와 커패시터(Cs1)로 구성된 공진 회로로 되어 있다. 직렬암 공진자(s1)는 커패시터(Cs1)와 병렬 접속된 제1 탄성파 공진자이다. 커패시터(Cs1)는 직렬암 공진자(s1)와 병렬 접속되면서 직렬암 공진자(s1)의 단위 면적당 정전 용량값(Cz(s1): 이하, 정전 용량 밀도(Cz(s1))라고 기재하는 경우가 있음)보다도 단위 면적당 정전 용량값(Cz(Cs1): 이하, 정전 용량 밀도(Cz(Cs1))라고 기재하는 경우가 있음)이 큰 제1 커패시터이다.
병렬암 공진자(p1)는 상기 경로 상의 노드(x1) 및 그라운드에 접속된 병렬암 회로를 구성하고 있다.
표 1에 실시예 1에 따른 필터 장치(10A)의 회로 파라미터와, 비교예 1에 따른 필터 장치(500A)의 회로 파라미터를 나타낸다.
Figure 112020029456282-pct00001
도 1b는 실시예 1에 따른 필터 장치(10A)를 구성하는 공진자 및 회로의 임피던스 특성, 및 실시예 1에 따른 필터 장치(10A)의 통과 특성을 나타내는 그래프이다. 동도면의 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 필터 장치(10A)에서 직렬암 회로(11s) 및 병렬암 공진자(p1)에 의해 밴드패스 필터를 구성함에 있어, 병렬암 공진자(p1)의 반공진 주파수(fap1)와 직렬암 회로(11s)의 공진 주파수(Frs1)를 근접시킨다. 병렬암 공진자(p1)의 임피던스가 0에 가까워지는 공진 주파수(frp1) 근방은 저주파 측 저지역(阻止域)이 된다. 또한, 이보다 주파수가 높아지면, 반공진 주파수(fap1)에서 병렬암 공진자의 임피던스가 높아지면서, 공진 주파수(Frs1) 근방에서 직렬암 회로(11s)의 임피던스가 0에 가까워진다. 이로써, 반공진 주파수(fap1) 및 공진 주파수(Frs1) 근방에서는 입출력 단자(T1)로부터 입출력 단자(T2)로의 신호 경로에서의 신호 통과역이 된다. 더욱이, 주파수가 높아지고, 직렬암 회로(11s)의 반공진 주파수(Fas1) 근방이 되면, 직렬암 회로(11s)의 임피던스가 높아지고, 고주파 측 저지역이 된다. 즉, 필터 장치(10A)는 반공진 주파수(fap1) 및 공진 주파수(Frs1)에 의해 통과 대역이 규정되고, 공진 주파수(frp1)에 의해 통과 대역 저역 측의 극(감쇠극)이 규정되며, 반공진 주파수(Fas1)에 의해 통과 대역 고역 측의 극(감쇠극)이 규정되는 밴드패스 필터로 되어 있다.
실시예 1에 따른 필터 장치(10A)에서는 직렬암 회로(11s)가 직렬암 공진자(s1)와 커패시터(Cs1)가 병렬 접속된 공진 회로를 구성하고 있으므로, 통과 대역 고역 측의 급준성을 확보하면서 협대역의 필터를 실현하고 있다.
여기서, 직렬암 회로(11s)의 기본적인 공진 동작에 대해, 도 3을 이용하여 설명한다.
도 3의 (a)는 탄성파 공진자(reso1)와 커패시터(Cx)가 병렬 접속된 공진 회로의 등가 회로도이고, 도 3의 (b)는 그 임피던스 특성을 나타내는 그래프이다. 동도면의 (a)에 나타내는 바와 같이, 탄성파 공진자(reso1)는 커패시터(C1) 및 인덕터(L1)의 직렬 회로(직렬 접속 회로)와 커패시터(C0)의 병렬 회로(병렬 접속 회로)로 나타낼 수 있다. 여기서, 커패시터(C0)는 탄성파 공진자(reso1)의 정전 용량이다. 한편, 본 등가 회로는 탄성파 공진자(reso1) 및 커패시터(Cx)의 저항 성분을 고려하지 않은 이상 소자를 이용하여 나타나 있다.
상기 등가 회로에서 탄성파 공진자(reso1)의 공진 주파수(fr)는 커패시터(C1)와 인덕터(L1)의 직렬 회로로 규정되고, 상기 직렬 회로의 임피던스가 0이 되는 주파수이기 때문에 식 1로 나타난다.
Figure 112020029456282-pct00002
또한, 탄성파 공진자(reso1)의 반공진 주파수(fa)는 상기 병렬 회로의 어드미턴스(Y)가 0이 되는 주파수이기 때문에 식 2로 나타난다.
Figure 112020029456282-pct00003
또한, 상기 등가 회로에서 공진 회로의 공진 주파수(Fr)는 커패시터(C1)와 인덕터(L1)의 직렬 회로의 임피던스가 0이 되는 주파수이며, 탄성파 공진자(reso1)의 공진 주파수(fr)와 동일해지기 때문에 식 3으로 나타난다.
Figure 112020029456282-pct00004
또한, 공진 회로의 반공진 주파수(Fa)는 상기 등가 회로의 어드미턴스(Y)가 0이 되는 주파수이기 때문에, 식 2에서의 C0을 (C0+Cx)로 치환함으로써 나타난다.
Figure 112020029456282-pct00005
상기 식 1~식 4, 및 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 탄성파 공진자(reso1)의 공진 주파수(fr) 및 공진 회로(reso1//Cx)의 공진 주파수(Fr)는 동일하고, 공진 회로(reso1//Cx)의 반공진 주파수(Fa)는 탄성파 공진자(reso1)의 반공진 주파수(fa)보다도 저주파 측으로 시프트한다.
본 실시예 1에 따른 10A에서도, 도 1b의 (a)에 나타내는 바와 같이, 직렬암 회로(11s)의 공진 주파수(Frs1)는 직렬암 공진자(s1)의 공진 주파수(frs1)와 동일하다. 한편, 직렬암 회로(11s)의 반공진 주파수(Fas1)는 직렬암 공진자(s1)의 반공진 주파수(fas1)보다도 저주파 측으로 시프트되어 있다. 이로써, 실시예 1에 따른 필터 장치(10A)에서는 도 1b의 (b) 및 (c)에 나타내는 바와 같이, 통과 대역 고역 측의 급준성을 확보하면서 협대역의 필터를 실현하고 있다.
도 2는 실시예 1에 따른 필터 장치(10A) 및 비교예 1에 따른 필터 장치(500A)의 사이즈를 비교한 도면이다. 동도면의 (a)에는 비교예 1에 따른 필터 장치(500A)의 기판(100) 상의 회로 소자의 레이아웃 배치가 도시되어 있고, 동도면의 (b)에는 실시예 1에 따른 필터 장치(10A)의 기판(100) 상의 회로 소자의 레이아웃 배치가 도시되어 있다.
여기서, 비교예 1에 따른 필터 장치(500A)는 실시예 1에 따른 필터 장치(10A)와 비교하여, 회로 구성은 도 1a에 도시된 회로 접속 구성과 동일하고, 정전 용량 밀도(Cz(s1))와 정전 용량 밀도(Cz(Cs1))가 동일한 점만이 다르다. 따라서, 비교예 1에 따른 필터 장치(500A)의, 통과 대역 근방에서의 임피던스 특성 및 통과 특성은 도 1b에 도시된 실시예 1에 따른 필터 장치(10A)의 임피던스 특성 및 통과 특성과 동일하다.
표 1에 나타내는 바와 같이, 비교예 1에 따른 필터 장치(500A)의 정전 용량 밀도(Cz(Cs1))는 130fF/㎛2이며, 실시예 1에 따른 필터 장치(10A)의 정전 용량 밀도(Cz(Cs1))는 300fF/㎛2이다. 또한, 필터 장치(500A)의 커패시터(Cs1)의 용량값과, 필터 장치(10A)의 커패시터(Cs1)의 용량값은 동일한 0.5㎊이다. 이 때문에, 도 2에 나타내는 바와 같이, 실시예 1에 따른 필터 장치(10A)의 커패시터(Cs1)의 형성 면적은 비교예 1에 따른 필터 장치(500A)의 커패시터(Cs1)의 형성 면적보다도 작아진다. 커패시터(Cs1) 이외의 회로 소자인 직렬암 공진자(s1) 및 병렬암 공진자(p1)의 회로 파라미터는 동일하고, 사이즈도 동일하기 때문에, 실시예 1에 따른 필터 장치(10A)는 비교예 1에 따른 필터 장치(500A)보다도 소형화되어 있다.
상기 구성에 의하면, 커패시터(Cs1)에 의해 직렬암 회로(11s)의 반공진 주파수(Fas1)와 공진 주파수(Frs1)의 주파수 차를 작게 할 수 있다. 여기서, 커패시터(Cs1)의 정전 용량 밀도(Cz(Cs1))는 직렬암 공진자(s1)의 정전 용량 밀도(Cz(s1))보다도 크므로, 커패시터(Cs1)를 소형으로 할 수 있다. 더욱이, 커패시터(Cs1)를 소형으로 함으로써, 직렬암 공진자(s1)와 커패시터(Cs1)를 접속하는 배선을 짧게 할 수 있다. 따라서, 상기 주파수 차로 규정되는 필터 특성을 유지하면서 필터 장치(10A)를 소형화하는 것이 가능해진다. 예를 들면, 압전체 및 IDT 전극 사이에 형성된 전기기계 결합 계수(이후, Ksaw라고 기재함)를 조정하는 Ksaw 조정막 등에 의해 탄성파 공진자의 구조를 조정하여 상기 주파수 차를 작게 하는 공진 회로와 비교하여, 직렬암 회로(11s)를 소형으로 할 수 있다.
[1.2 실시예 2에 따른 필터 장치]
도 4a는 실시예 2에 따른 필터 장치(10B)의 회로 구성도이다. 동도면에 도시된 필터 장치(10B)는 병렬암 회로(11p)와 직렬암 공진자(s1)와 입출력 단자(T1 및 T2)를 포함한다.
본 실시예에서 직렬암 공진자(s1)는 입출력 단자(T1)와 입출력 단자(T2)를 잇는 경로 상에 접속된 제2 탄성파 공진자이며, 직렬암 회로를 구성하고 있다.
병렬암 회로(11p)는 상기 경로 상의 노드(x1) 및 그라운드에 접속되고, 병렬암 공진자(p1)와 커패시터(Cp1)를 가지고 있다. 병렬암 회로(11p)는 병렬암 공진자(p1)와 커패시터(Cp1)로 구성된 공진 회로로 되어 있다. 병렬암 공진자(p1)는 커패시터(Cp1)와 병렬 접속된 제1 탄성파 공진자이다. 커패시터(Cp1)는 병렬암 공진자(p1)와 병렬 접속되면서, 병렬암 공진자(p1)의 단위 면적당 정전 용량값(Cz(p1): 이하, 정전 용량 밀도(Cz(p1))라고 기재하는 경우가 있음)보다도 단위 면적당 정전 용량값(Cz(Cp1): 이하, 정전 용량 밀도(Cz(Cp1))라고 기재하는 경우가 있음)이 큰 제1 커패시터이다.
표 2에 실시예 2에 따른 필터 장치(10B)의 회로 파라미터와, 비교예 2에 따른 필터 장치(500B)의 회로 파라미터를 나타낸다.
Figure 112020029456282-pct00006
도 4b는 실시예 2에 따른 필터 장치(10B)를 구성하는 공진자 및 회로의 임피던스 특성, 및 실시예 2에 따른 필터 장치(10B)의 통과 특성을 나타내는 그래프이다. 동도면의 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 필터 장치(10B)에서 병렬암 회로(11p) 및 직렬암 공진자(s1)에 의해 밴드패스 필터를 구성함에 있어, 병렬암 회로(11p)의 반공진 주파수(Fap1)와 직렬암 공진자(s1)의 공진 주파수(frs1)를 근접시킨다. 병렬암 회로(11p)의 임피던스가 0에 가까워지는 공진 주파수(Frp1) 근방은 저주파 측 저지역이 된다. 또한, 이보다 주파수가 높아지면, 반공진 주파수(Fap1)에서 병렬암 회로의 임피던스가 높아지면서, 공진 주파수(frs1) 근방에서 직렬암 공진자(s1)의 임피던스가 0에 가까워진다. 이로써, 반공진 주파수(Fap1) 및 공진 주파수(frs1) 근방에서는 입출력 단자(T1)로부터 입출력 단자(T2)로의 신호 경로에서의 신호 통과역이 된다. 더욱이, 주파수가 높아지고, 직렬암 공진자(s1)의 반공진 주파수(fas1) 근방이 되면, 직렬암 공진자(s1)의 임피던스가 높아지고, 고주파 측 저지역이 된다. 즉, 필터 장치(10B)는 반공진 주파수(Fap1) 및 공진 주파수(frs1)에 의해 통과 대역이 규정되고, 공진 주파수(Frp1)에 의해 통과 대역 저역 측의 극(감쇠극)이 규정되며, 반공진 주파수(fas1)에 의해 통과 대역 고역 측의 극(감쇠극)이 규정되는 밴드패스 필터로 되어 있다.
실시예 2에 따른 필터 장치(10B)에서는 병렬암 회로(11p)가 병렬암 공진자(p1)와 커패시터(Cp1)가 병렬 접속된 공진 회로를 구성하고 있으므로, 통과 대역 저역 측의 급준성을 확보하면서 협대역의 필터를 실현하고 있다.
여기서, 병렬암 회로(11p)의 기본적인 공진 동작에 대해 상세한 설명은 생략하는데, 실시예 2에 따른 10B에서, 도 4b의 (a)에 나타내는 바와 같이, 병렬암 회로(11p)의 공진 주파수(Frp1)는 병렬암 공진자(p1)의 공진 주파수(frp1)와 동일하다. 한편, 병렬암 회로(11p)의 반공진 주파수(Fap1)는 병렬암 공진자(p1)의 반공진 주파수(fap1)보다도 저주파 측으로 시프트되어 있다. 이로써, 실시예 2에 따른 필터 장치(10B)에서는 도 4b의 (b) 및 (c)에 나타내는 바와 같이, 통과 대역 저역 측의 급준성을 확보하면서 협대역의 필터를 실현하고 있다.
여기서, 실시예 2에 따른 필터 장치(10B) 및 비교예 2에 따른 필터 장치(500B)의 사이즈를 비교한다. 비교예 2에 따른 필터 장치(500B)는 실시예 2에 따른 필터 장치(10B)와 비교하여, 회로 구성은 도 4a에 도시된 회로 접속 구성과 동일하고, 정전 용량 밀도(Cz(p1))와 정전 용량 밀도(Cz(Cp1))가 동일한 점만이 다르다. 따라서, 비교예 2에 따른 필터 장치(500B)의, 통과 대역 근방에서의 임피던스 특성 및 통과 특성은 도 4b에 도시된 실시예 2에 따른 필터 장치(10B)의 임피던스 특성 및 통과 특성과 거의 동일하다.
표 2에 나타내는 바와 같이, 비교예 2에 따른 필터 장치(500B)의 정전 용량 밀도(Cz(Cp1))는 130fF/㎛2이며, 실시예 1에 따른 필터 장치(10B)의 정전 용량 밀도(Cz(Cp1))는 300fF/㎛2이다. 또한, 필터 장치(500B)의 커패시터(Cp1)의 용량값과, 필터 장치(10B)의 커패시터(Cp1)의 용량값은 동일한 1.0㎊이다. 이 때문에, 실시예 2에 따른 필터 장치(10B)의 커패시터(Cp1)의 형성 면적은 비교예 2에 따른 필터 장치(500B)의 커패시터(Cp1)의 형성 면적보다도 작아진다. 커패시터(Cp1) 이외의 회로 소자인 직렬암 공진자(s1) 및 병렬암 공진자(p1)의 회로 파라미터는 동일하고, 사이즈도 동일하기 때문에, 실시예 2에 따른 필터 장치(10B)는 비교예 2에 따른 필터 장치(500B)보다도 소형화되어 있다.
상기 구성에 의하면, 커패시터(Cp1)에 의해 병렬암 회로(11p)의 반공진 주파수(Fap1)와 공진 주파수(Frp1)의 주파수 차를 작게 할 수 있다. 여기서, 커패시터(Cp1)의 정전 용량 밀도(Cz(Cp1))는 병렬암 공진자(p1)의 정전 용량 밀도(Cz(p1))보다도 크므로, 커패시터(Cp1)를 소형으로 할 수 있다. 더욱이, 커패시터(Cp1)를 소형으로 함으로써, 병렬암 공진자(p1)와 커패시터(Cp1)를 접속하는 배선을 짧게 할 수 있다. 따라서, 상기 주파수 차로 규정되는 필터 특성을 유지하면서 필터 장치(10B)를 소형화하는 것이 가능해진다. 예를 들면, 압전체 및 IDT 전극 사이에 형성된 Ksaw 조정막 등에 의해 탄성파 공진자의 구조를 조정하여 상기 주파수 차를 작게 하는 공진 회로와 비교하여, 병렬암 회로(11p)를 소형으로 할 수 있다.
[1.3 실시예 3에 따른 필터 장치]
도 5a는 실시예 3에 따른 필터 장치(10C)의 회로 구성도이다. 동도면에 도시된 필터 장치(10C)는 직렬암 회로(12s)와 병렬암 공진자(p1)와 입출력 단자(T1 및 T2)를 포함한다.
실시예 3에 따른 필터 장치(10C)는 실시예 1에 따른 필터 장치(10A)와 비교하여, 직렬암 공진자(s1)의 비대역 폭이 병렬암 공진자(p1)의 비대역 폭보다도 큰 점이 다르다. 이하, 실시예 3에 따른 필터 장치(10C)에 대해, 실시예 1에 따른 필터 장치(10A)와 동일한 점에 대해서는 설명을 생략하고, 다른 점을 중심으로 설명한다.
본 실시예에서 직렬암 회로(12s)는 입출력 단자(T1)와 입출력 단자(T2)를 잇는 경로 상에 접속되고, 직렬암 공진자(s1)와 커패시터(Cs1)를 가지고 있다. 직렬암 회로(12s)는 직렬암 공진자(s1)와 커패시터(Cs1)로 구성된 공진 회로로 되어 있다. 직렬암 공진자(s1)는 커패시터(Cs1)와 병렬 접속된 제1 탄성파 공진자이며, 커패시터(Cs1)는 직렬암 공진자(s1)와 병렬 접속된 제1 커패시터이다. 병렬암 공진자(p1)는 커패시터가 병렬 접속되어 있지 않은 제2 탄성파 공진자이다. 여기서, 커패시터(Cs1)의 정전 용량 밀도(Cz(Cs1))는 직렬암 공진자(s1)의 정전 용량 밀도(Cz(Cs1))보다도 크면서, 직렬암 공진자(s1)의 비대역 폭(이하, BWR(s1)이라고 기재하는 경우가 있음)은 병렬암 공진자(p1)의 비대역 폭(이하, BWR(p1)이라고 기재하는 경우가 있음)보다도 크다. 한편, 상기 비대역 폭이란, 탄성파 공진자의 반공진 주파수와 상기 탄성파 공진자의 공진 주파수의 주파수 차를 상기 탄성파 공진자의 공진 주파수로 나눈 값을 상기 탄성파 공진자의 비대역 폭으로 정의한다.
표 3에 실시예 1에 따른 필터 장치(10A)의 회로 파라미터와 실시예 3에 따른 필터 장치(10C)의 회로 파라미터를 나타낸다.
Figure 112020029456282-pct00007
도 5b는 실시예 1에 따른 필터 장치(10A) 및 실시예 3에 따른 필터 장치(10C)를 구성하는 공진자 및 회로의 임피던스 특성, 및 실시예 1에 따른 필터 장치(10A) 및 실시예 3에 따른 필터 장치(10C)의 통과 특성을 비교한 그래프이다. 표 3에 나타내는 바와 같이, 필터 장치(10A)의 직렬암 공진자(s1)의 정전 용량은 1.50㎊이며, 커패시터(Cs1)의 정전 용량은 0.50㎊이므로, 필터 장치(10A)의 직렬암 회로(11s)의 정전 용량은 2.0㎊로 되어 있다. 한편, 필터 장치(10C)의 직렬암 공진자(s1)의 정전 용량은 0.90㎊이며, 커패시터(Cs1)의 정전 용량은 1.10㎊이므로, 필터 장치(10C)의 직렬암 회로(12s)의 정전 용량도 2.0㎊로 되어 있다. 또한, 직렬암 회로(11s 및 12s)의 공진 주파수(Frs1)는 동일하고. 반공진 주파수(Fas1)도 동일하므로, 비대역 폭(BWR)도 동일하다. 이 때문에, 도 5b의 (a)에 나타내는 바와 같이, 직렬암 회로(11s 및 12s)의 임피던스 특성은 거의 동일하게 되어 있다.
상기와 같이 직렬암 회로(11s 및 12s)의 임피던스 특성이 거의 동일하게 되어 있는 경우이어도, 실시예 3에서 직렬암 공진자(s1)의 비대역 폭(BWR(s1))이 병렬암 공진자(p1)의 비대역 폭(BWR(p1))보다 크기 때문에, 직렬암 회로(12s)의 비대역 폭(BWR(s1//Cs1))을 작게 하기 위한 커패시터(Cs1)의 정전 용량값을 크게 할 수 있고, 직렬암 공진자(s1)의 정전 용량값을 작게 할 수 있다. 커패시터(Cs1)의 정전 용량값이 크고, 직렬암 공진자(s1)의 정전 용량값이 작을수록, 정전 용량 밀도(Cz(s1))보다도 정전 용량 밀도(Cz(Cs1))가 큰 커패시터(Cs1)의 직렬암 회로(12s)에 차지하는 면적비가 커진다. 이로써, 직렬암 회로(12s)를 보다 효과적으로 소형화하는 것이 가능해진다. 따라서, 필터 장치(10C)를 효과적으로 소형화할 수 있다.
도 5c는 실시예 1에 따른 필터 장치(10A) 및 실시예 3에 따른 필터 장치(10C)를 구성하는 공진자 및 회로의 임피던스 특성 및 등가 직렬 저항을 비교한 그래프이다. 동도면의 (b) 및 (c)에 나타내는 바와 같이, 정전 용량값이 작은(임피던스가 높은) 직렬암 공진자(s1)는 공진 주파수(frs1)보다 저주파 측에서 등가 직렬 저항이 커지지만, 정전 용량값이 큰(임피던스가 낮은) 커패시터(Cs1)는 등가 직렬 저항이 작아진다. 따라서, 실시예 3에서는 직렬암 회로(12s)에서의 커패시터(Cs1)의 비율이 높아지기 때문에, 필터 장치(10C)의 통과 대역 내에서의 직렬암 회로(12s)의 등가 직렬 저항이 저감되어 공진 Q값이 향상되고, 도 5b의 (c)에 나타내는 바와 같이 삽입 손실이 저감된다. 따라서, 통과 대역 내의 삽입 손실이 저감됨과 함께, 한층 더한 소형화가 가능해진다.
[1.4 실시예 4에 따른 필터 장치]
도 6a는 실시예 4에 따른 필터 장치(10D)의 회로 구성도이다. 동도면에 도시된 필터 장치(10D)는 병렬암 회로(12p)와 직렬암 공진자(s1)와 입출력 단자(T1 및 T2)를 포함한다.
실시예 4에 따른 필터 장치(10D)는 실시예 2에 따른 필터 장치(10B)와 비교하여, 병렬암 공진자(p1)의 비대역 폭이 직렬암 공진자(s1)의 비대역 폭보다도 큰 점이 다르다. 이하, 실시예 4에 따른 필터 장치(10D)에 대해, 실시예 2에 따른 필터 장치(10B)와 동일한 점에 대해서는 설명을 생략하고, 다른 점을 중심으로 설명한다.
본 실시예에서 직렬암 공진자(s1)는 입출력 단자(T1)와 입출력 단자(T2)를 잇는 경로 상에 접속된 제2 탄성파 공진자이며, 직렬암 회로를 구성하고 있다.
병렬암 회로(12p)는 상기 경로 상의 노드(x1) 및 그라운드에 접속되고, 병렬암 공진자(p1)와 커패시터(Cp1)를 가지고 있다. 병렬암 회로(12p)는 병렬암 공진자(p1)와 커패시터(Cp1)로 구성된 공진 회로로 되어 있다. 병렬암 공진자(p1)는 커패시터(Cp1)와 병렬 접속된 제1 탄성파 공진자이며, 커패시터(Cp1)는 병렬암 공진자(p1)와 병렬 접속된 제1 커패시터이다. 커패시터(Cp1)는 병렬암 공진자(p1)와 병렬 접속되고, 커패시터(Cp1)의 정전 용량 밀도(Cz(Cp1))는 병렬암 공진자(p1)의 정전 용량 밀도(Cz(p1))보다도 크면서, 병렬암 공진자(p1)의 비대역 폭(BWR(p1))은 직렬암 공진자(s1)의 비대역 폭(BWR(s1))보다도 크다.
표 4에 실시예 2에 따른 필터 장치(10B)의 회로 파라미터와 실시예 4에 따른 필터 장치(10D)의 회로 파라미터를 나타낸다.
Figure 112020029456282-pct00008
도 6b는 실시예 2에 따른 필터 장치(10B) 및 실시예 4에 따른 필터 장치(10D)를 구성하는 공진자 및 회로의 임피던스 특성, 및 실시예 2에 따른 필터 장치(10B) 및 실시예 4에 따른 필터 장치(10D)의 통과 특성을 비교한 그래프이다. 표 4에 나타내는 바와 같이, 필터 장치(10B)의 병렬암 공진자(p1)의 정전 용량은 3.00㎊이며, 커패시터(Cp1)의 정전 용량은 1.00㎊이므로, 필터 장치(10B)의 병렬암 회로(11p)의 정전 용량은 4.0㎊로 되어 있다. 한편, 필터 장치(10D)의 병렬암 공진자(p1)의 정전 용량은 1.75㎊이며, 커패시터(Cp1)의 정전 용량은 2.25㎊이므로, 필터 장치(10D)의 병렬암 회로(12p)의 정전 용량도 4.0㎊로 되어 있다. 또한, 병렬암 회로(11p 및 12p)의 공진 주파수(Frp1)는 동일하고, 반공진 주파수(Fap1)도 동일하므로, 비대역 폭(BWR)도 동일하다. 이 때문에, 도 6b의 (a)에 나타내는 바와 같이, 병렬암 회로(11p 및 12p)의 임피던스 특성은 거의 동일하게 되어 있다.
상기와 같이, 병렬암 회로(11p 및 12p)의 임피던스 특성이 거의 동일하게 되어 있는 경우이어도, 실시예 4에서 병렬암 공진자(p1)의 비대역 폭(BWR(p1))이 직렬암 공진자(s1)의 비대역 폭(BWR(s1))보다 큼으로써, 병렬암 회로(12p)의 비대역 폭(BWR(p1//Cp1))을 작게 하기 위한 커패시터(Cp1)의 정전 용량값을 크게 할 수 있고, 병렬암 공진자(p1)의 정전 용량값을 작게 할 수 있다. 커패시터(Cp1)의 정전 용량값이 크고, 병렬암 공진자(p1)의 정전 용량값이 작을수록, 정전 용량 밀도(Cz(p1))보다도 정전 용량 밀도(Cz(Cp1))가 큰 커패시터(Cp1)의 병렬암 회로(12p)에 차지하는 면적비가 커진다. 이로써, 병렬암 회로(12p)를 보다 효과적으로 소형화하는 것이 가능해진다. 따라서, 필터 장치를 효과적으로 소형화할 수 있다.
도 6c는 실시예 2에 따른 필터 장치(10B) 및 실시예 4에 따른 필터 장치(10D)를 구성하는 공진자 및 회로의 임피던스 특성 및 등가 직렬 저항을 비교한 그래프이다. 동도면의 (b)에 나타내는 바와 같이, 정전 용량값이 큰(임피던스가 낮은) 커패시터(Cp1)는 공진 주파수(frs1)보다 고주파 측에서 등가 직렬 저항이 커진다. 따라서, 실시예 4에서는 병렬암 회로(12p)에서의 커패시터(Cp1)의 비율이 높아진다. 이 때문에, 필터 장치(10D)의 통과 대역 내에서의 병렬암 회로(12p)의 저항이 커져 반공진 Q값이 저하되고, 도 6b의 (c)에 나타내는 바와 같이, 실시예 2에 따른 필터 장치(10B)와 비교하여 삽입 손실이 약간 증가하지만, 한층 더한 소형화가 가능해진다.
[1.5 비대역 폭의 조정]
상술한 직렬암 공진자(s1) 및 병렬암 공진자(p1)의 비대역 폭을 조정하는 수단에 대해 설명한다.
상술한 직렬암 공진자(s1) 및 병렬암 공진자(p1) 각각은 예를 들면, 탄성파를 이용한 탄성파 공진자이다. 이로써, 필터 장치(10A~10D)를, 압전성을 가지는 기판(102)에 형성된 IDT 전극에 의해 구성할 수 있으므로, 급준성이 높은 통과 특성을 가지는 소형이면서 저배(低背)인 필터 회로를 실현할 수 있다.
직렬암 공진자(s1) 및 병렬암 공진자(p1) 각각은 IDT 전극, 한 쌍의 반사기, 및 기판(102)에 의해 구성되어 있다.
도 7a는 실시형태 1에서의 직렬암 공진자(s1) 및 병렬암 공진자(p1)의 IDT 전극의 전극지를 구성하는 전극막(101) 및 그 주위 구조의 제1 예를 나타내는 단면도이다.
동도면에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 전극막(101)은 압전성을 가지는 기판(102) 측으로부터 순서대로 NiCr로 이루어지는 금속막(211), Pt로 이루어지는 금속막(212), Ti로 이루어지는 금속막(213), AlCu로 이루어지는 금속막(214), 및 Ti로 이루어지는 금속막(215)이 적층됨으로써 형성되어 있다.
이 때, 압전성을 가지는 기판(102)은 예를 들면, LiNbO3 압전 단결정으로 이루어진다. 한편, 기판(102)은 적어도 일부에 압전성을 가지는 기판이면 된다. 예를 들면, 표면에 압전 박막(압전체)을 포함하고, 상기 압전 박막과 음속이 다른 막, 및 지지 기판 등의 적층체로 구성되어 있어도 된다. 또한, 기판(102)은 기판 전체에 압전성을 가지고 있어도 된다. 이 경우, 기판(102)은 압전체층 한층으로 이루어지는 압전 기판이다.
또한, 전극막(101)은 상기 전극막(101)을 외부환경으로부터 보호함과 함께, 직렬암 공진자(s1) 및 병렬암 공진자(p1)의 전기기계 결합 계수를 조정하는 제2 조정막에 의해 덮여 있어도 되고, 제2 조정막의 막 두께에 의해 직렬암 공진자(s1) 및 병렬암 공진자(p1)의 비대역 폭을 조정할 수 있다. 상기 제2 조정막은, 본 실시형태에서는 기판(102) 측으로부터 순서대로 SiO2로 이루어지는 보호층(103), 및 SiN으로 이루어지는 보호층(104)이 적층됨으로써 형성되어 있다. 또한, 제2 조정막은 주파수 온도 특성을 조정하고, 내습성을 높이는 등의 기능도 가진다.
또한, 도 7b는 실시형태 1에서의 직렬암 공진자(s1) 및 병렬암 공진자(p1)의 IDT 전극의 전극지를 구성하는 전극막(101) 및 그 주위 구조의 제2 예를 나타내는 단면도이다. 동도면에 나타내는 바와 같이, 전극막(101)과 기판(102) 사이에는 직렬암 공진자(s1) 및 병렬암 공진자(p1)의 전기기계 결합 계수를 조정하는 제1 조정막(103a)이 마련되어 있어도 되고, 제1 조정막의 막 두께에 의해 직렬암 공진자(s1) 및 병렬암 공진자(p1)의 비대역 폭을 조정할 수 있다. 제1 조정막(103a)은 예를 들면, SiO2로 이루어진다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 전극지 구조에서 제1 조정막(103a)의 막 두께를 두껍게 할수록, 직렬암 공진자(s1) 또는 병렬암 공진자(p1)의 비대역 폭을 작게 할 수 있다. 또한, 제2 조정막(보호층(103+104))의 막 두께를 두껍게 할수록, 직렬암 공진자(s1) 또는 병렬암 공진자(p1)의 비대역 폭을 작게 할 수 있다.
또한, 전극막(101)의 구조는 도 7a 및 도 7b의 구조에 한정되지 않고, 도 7c의 구조이어도 된다.
도 7c는 실시형태 1에서의 직렬암 공진자(s1) 및 병렬암 공진자(p1)의 IDT 전극의 전극지를 구성하는 전극막(101) 및 그 주위 구조의 제3 예를 나타내는 단면도이다. 동도면에 나타내는 전극막(101)은 상술한 금속막(213) 및 금속막(214)에 의해 형성되어 있다.
이 때, 압전성을 가지는 기판(102)은 예를 들면, LiTaO3 압전 단결정으로 이루어진다. 또한, 상술한 보호층(103)보다도 막 두께가 얇은 보호층(103b)이 마련되어 있다.
한편, 이들 구성은 일례이며, IDT 전극(111)의 전극지 및 빗살 용량 전극의 전극지를 형성하는 전극막(101)의 구성은 이들에 한정되지 않는다. 예를 들면, 전극막(101)은 금속막의 적층구조가 아닌, 금속막의 단층이어도 된다. 또한, 각 금속막 및 각 보호층을 구성하는 재료는 상술한 재료에 한정되지 않는다. 또한, 전극막(101)은 예를 들면, Ti, Al, Cu, Pt, Au, Ag, Pd 등의 금속 또는 합금으로 구성되어도 되고, 상기 금속 또는 합금으로 구성되는 복수개의 적층체로 구성되어도 된다. 또한, 압전성을 가지는 기판(102)은 예를 들면, KNbO3 압전 단결정, 수정, 또는 압전 세라믹스로 이루어져 있어도 상관없다. 또한, 보호층 및 전기기계 결합 계수의 조정막의 구성은 상술한 구성에 한정되지 않고, 예를 들면, SiO2, SiN, AlN, 폴리이미드, 혹은 이들의 적층체 등의 유전체 혹은 절연체로 구성되어도 상관없다. 또한, 보호층(103 및 104)은 형성되어 있지 않아도 된다.
도 8은 전극 구조를 구성하는 제1 조정막의 막 두께와 탄성파 공진자의 임피던스의 관계를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 9는 제1 조정막의 막 두께와 탄성파 공진자의 공진 주파수, 반공진 주파수, 및 비대역 폭의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 8에는 도 7b에 도시된 제1 조정막(103a)의 막 두께를 변화시킨 경우의 탄성파 공진자의 공진 임피던스의 주파수 특성이 도시되어 있다. 한편, 이 때, 압전성을 가지는 기판(102)으로는 -10° Y컷 LiNbO3 기판을 이용하고, IDT 전극막 두께를 595㎚로 했다. 또한, 도 9의 상단에는 제1 조정막의 막 두께와 공진 주파수(fr)의 관계가 도시되어 있고, 도 9의 중단에는 제1 조정막의 막 두께와 반공진 주파수(fa)의 관계가 도시되어 있으며, 도 9의 하단에는 제1 조정막의 막 두께와, 비대역 폭(BWR)의 관계가 도시되어 있다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 제1 조정막의 막 두께를 변화시키면 반공진 주파수(fa)는 거의 움직이지 않고, 공진 주파수(fr)가 시프트한다. 보다 구체적으로는 도 9에 나타내는 바와 같이, 제1 조정막의 막 두께를 두껍게 할수록 공진 주파수(fr)는 고주파수 측으로 시프트하고, 비대역 폭(BWR)은 작아진다.
이상의 결과로부터, 예를 들면, 실시예 3에 따른 필터 장치(10C)에서 직렬암 공진자(s1)의 비대역 폭을 병렬암 공진자(p1)의 비대역 폭보다도 크게 하는 구성으로서, (1) 직렬암 공진자(s1)의 IDT 전극에서의 제1 조정막을 병렬암 공진자(p1)의 IDT 전극에서의 제1 조정막보다도 얇게 하거나, (2) 직렬암 공진자(s1)의 IDT 전극에 제1 조정막을 형성하지 않는 것을 들 수 있다. 또한, 실시예 4에 따른 필터 장치(10D)에서 병렬암 공진자(p1)의 비대역 폭을 직렬암 공진자(s1)의 비대역 폭보다도 크게 하는 구성으로서, (1) 병렬암 공진자(p1)의 IDT 전극에서의 제1 조정막을 직렬암 공진자(s1)의 IDT 전극에서의 제1 조정막보다도 얇게 하거나, (2) 병렬암 공진자(p1)의 IDT 전극에 제1 조정막을 형성하지 않는 것을 들 수 있다.
도 10은 전극 구조를 구성하는 제2 조정막의 막 두께와 탄성파 공진자의 임피던스의 관계를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 11은 제2 조정막의 막 두께와 탄성파 공진자의 공진 주파수, 반공진 주파수, 및 비대역 폭의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 10에는 도 7a 및 도 7b에 도시된 제2 조정막(보호층(103+104))의 막 두께를 변화시킨 경우의 탄성파 공진자의 공진 임피던스의 주파수 특성이 도시되어 있다. 한편, 이 때, 압전성을 가지는 기판(102)으로는 -10° Y컷 LiNbO3 기판을 이용하고, IDT 전극막 두께를 595㎚로 했다. 또한, 도 11의 상단에는 제2 조정막의 막 두께와 공진 주파수(fr)의 관계가 도시되어 있고, 도 11의 중단에는 제2 조정막의 막 두께와 반공진 주파수(fa)의 관계가 도시되어 있으며, 도 11의 하단에는 제2 조정막의 막 두께와 비대역 폭(BWR)의 관계가 도시되어 있다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 제2 조정막의 막 두께를 변화시키면, 반공진 주파수(fa) 및 공진 주파수(fr)가 시프트한다. 보다 구체적으로는 도 11에 나타내는 바와 같이, 제2 조정막의 막 두께를 두껍게 할수록 공진 주파수(fr)는 고주파수 측으로 시프트하면서 반공진 주파수(fa)는 저주파수 측으로 시프트하기 때문에, 비대역 폭(BWR)은 작아진다.
이상의 결과로부터, 예를 들면, 실시예 3에 따른 필터 장치(10C)에서 직렬암 공진자(s1)의 비대역 폭을 병렬암 공진자(p1)의 비대역 폭보다도 크게 하는 구성으로서, (1) 직렬암 공진자(s1)의 IDT 전극에서의 제2 조정막을 병렬암 공진자(p1)의 IDT 전극에서의 제2 조정막보다도 얇게 하거나, (2) 직렬암 공진자(s1)의 IDT 전극에 제2 조정막을 형성하지 않는 것을 들 수 있다. 또한, 실시예 4에 따른 필터 장치(10D)에서 병렬암 공진자(p1)의 비대역 폭을 직렬암 공진자(s1)의 비대역 폭보다도 크게 하는 구성으로서, (1) 병렬암 공진자(p1)의 IDT 전극에서의 제2 조정막을 직렬암 공진자(s1)의 IDT 전극에서의 제2 조정막보다도 얇게 하거나, (2) 병렬암 공진자(p1)의 IDT 전극에 제2 조정막을 형성하지 않는 것을 들 수 있다.
이상으로부터, 제1 조정막 및 제2 조정막은 요구되는 필터 특성에 따라 적절히 설정되면 된다. 구체적으로는 예를 들면, 제2 조정막은 주파수 온도 특성 및 내습성을 높이는 등의 기능도 가지기 때문에, 요구되는 필터에 필요한 주파수 온도 특성 및 내습성을 고려하여 설정하고, 비대역 폭의 조정은 주로 제1 조정막의 유무 및 막 두께에 의해 결정하면 된다.
[1.6 실시예 5 및 실시예 6에 따른 필터 장치]
도 12a는 실시예 5에 따른 필터 장치(10E)의 회로 구성도이다. 동도면에 도시된 필터 장치(10E)는 직렬암 회로(13s)와 병렬암 공진자(p1)와 입출력 단자(T1 및 T2)를 포함한다.
실시예 5에 따른 필터 장치(10E)는 실시예 1에 따른 필터 장치(10A)와 비교하여, 직렬암 회로(13s)의 정전 용량값이 병렬암 공진자(p1)의 정전 용량값보다도 큰 점이 다르다. 이하, 실시예 5에 따른 필터 장치(10E)에 대해, 실시예 1에 따른 필터 장치(10A)와 동일한 점에 대해서는 설명을 생략하고, 다른 점을 중심으로 설명한다.
본 실시예에서 직렬암 회로(13s)는 입출력 단자(T1)와 입출력 단자(T2)를 잇는 경로 상에 접속되고, 직렬암 공진자(s1)와 커패시터(Cs1)를 가지고 있다. 직렬암 회로(13s)는 직렬암 공진자(s1)와 커패시터(Cs1)로 구성된 공진 회로로 되어 있다. 직렬암 공진자(s1)는 커패시터(Cs1)와 병렬 접속된 제1 탄성파 공진자이며, 커패시터(Cs1)는 직렬암 공진자(s1)와 병렬 접속된 제1 커패시터이다. 병렬암 공진자(p1)는 커패시터가 병렬 접속되어 있지 않은 제2 탄성파 공진자이다. 여기서, 커패시터(Cs1)의 정전 용량 밀도(Cz(Cs1))는 직렬암 공진자(s1)의 정전 용량 밀도(Cz(Cs1))보다도 크면서 직렬암 회로(13s)의 정전 용량(이하, C0(s1//Cs1)이라고 기재하는 경우가 있음)은 병렬암 공진자(p1)의 정전 용량(이하, C0(p1)이라고 기재하는 경우가 있음)보다도 작다.
도 12b는 실시예 6에 따른 필터 장치(10F)의 회로 구성도이다. 동도면에 도시된 필터 장치(10F)는 병렬암 회로(13p)와 직렬암 공진자(s1)와 입출력 단자(T1 및 T2)를 포함한다.
실시예 6에 따른 필터 장치(10F)는 실시예 2에 따른 필터 장치(10B)와 비교하여, 병렬암 회로(13p)의 정전 용량값이 직렬암 공진자(s1)의 정전 용량값보다도 큰 점이 다르다. 이하, 실시예 6에 따른 필터 장치(10F)에 대해, 실시예 2에 따른 필터 장치(10B)와 동일한 점에 대해서는 설명을 생략하고, 다른 점을 중심으로 설명한다.
본 실시예에서 직렬암 공진자(s1)는 입출력 단자(T1)와 입출력 단자(T2)를 잇는 경로 상에 접속된 제2 탄성파 공진자이며, 직렬암 회로를 구성하고 있다.
병렬암 회로(13p)는 상기 경로 상의 노드(x1) 및 그라운드에 접속되고, 병렬암 공진자(p1)와 커패시터(Cp1)를 가지고 있다. 병렬암 회로(13p)는 병렬암 공진자(p1)와 커패시터(Cp1)로 구성된 공진 회로로 되어 있다. 병렬암 공진자(p1)는 커패시터(Cp1)와 병렬 접속된 제1 탄성파 공진자이며, 커패시터(Cp1)는 병렬암 공진자(p1)와 병렬 접속된 제1 커패시터이다. 커패시터(Cp1)는 병렬암 공진자(p1)와 병렬 접속되고, 커패시터(Cp1)의 정전 용량 밀도(Cz(Cp1))는 병렬암 공진자(p1)의 정전 용량 밀도(Cz(p1))보다도 크면서, 병렬암 회로(13p)의 정전 용량(C0(p1//Cp1))은 직렬암 공진자(s1)의 정전 용량(C0(s1))보다도 크다.
도 12c는 비교예 3에 따른 필터 장치(500C)의 회로 구성도이다. 동도면에 도시된 필터 장치(500C)는 실시예 5에 따른 필터 장치(10E)와 비교하여, 직렬암 회로의 회로 구성은 도 12a에 도시된 회로 접속 구성과 동일하고, 정전 용량 밀도(Cz(s1))와 정전 용량 밀도(Cz(Cs1))가 동일한 점이 다르며, 실시예 6에 따른 필터 장치(10F)와 비교하여, 병렬암 회로의 회로 구성은 도 12b에 도시된 회로 접속 구성과 동일하고, 정전 용량 밀도(Cz(p1))와 정전 용량 밀도(Cz(Cp1))가 동일한 점이 다르다.
표 5에 실시예 5에 따른 필터 장치(10E), 실시예 6에 따른 필터 장치(10F),및 비교예 3에 따른 필터 장치(500C)의 회로 파라미터를 나타낸다.
Figure 112020029456282-pct00009
도 12d는 실시예 5에 따른 필터 장치(10E), 실시예 6에 따른 필터 장치(10F) 및 비교예 3에 따른 필터 장치(500C)의 통과 특성을 비교한 그래프이다. 도 12d의 (a)에 나타내는 바와 같이, 실시예 5, 실시예 6 및 비교예 3에 따른 필터 장치의 통과 특성은 거의 겹쳐 있다. 또한, 도 12d의 (b)에 나타내는 바와 같이, 실시예 6 및 비교예 3에 따른 필터 장치의 통과 대역 내에서의 통과 특성은 거의 겹쳐 있다.
실시예 5에 따른 필터 장치(10E) 및 비교예 3에 따른 필터 장치(500C)의 직렬암 회로의 정전 용량값은 직렬암 공진자(s1)의 정전 용량값(C0(s1)) 및 커패시터(Cs1)의 정전 용량값(C0(Cs1))의 합으로 규정되고, 실시예 6에 따른 필터 장치(10F) 및 비교예 3에 따른 필터 장치(500C)의 병렬암 회로의 정전 용량값은 병렬암 공진자(p1)의 정전 용량값(C0(p1)) 및 커패시터(Cp1)의 정전 용량값(C0(Cp1))의 합으로 규정된다. 상기 직렬암 회로 및 상기 병렬암 회로에서 정전 용량값이 클수록 임피던스는 낮아진다. 여기서, 상기 직렬암 회로의 정전 용량값(C0(s1)+C0(Cs1))이 병렬암 공진자(p1)의 정전 용량값(C0(p1))과 동일한 경우를 상정하면, 상기 직렬암 회로는 정전 용량 밀도(Cz(Cs1))가 정전 용량 밀도(Cz(s1))보다 크기 때문에, 병렬암 공진자(p1)보다 소형이 된다. 또한, 상기 병렬암 회로의 정전 용량값(C0(p1)+C0(Cp1))이 직렬암 공진자(s1)의 정전 용량값(C0(s1))과 동일한 경우를 상정하면, 상기 병렬암 회로는 정전 용량 밀도(Cz(Cp1))가 정전 용량 밀도(Cz(p1))보다 크기 때문에, 직렬암 공진자(s1)보다 소형이 된다.
이 관점에서, 실시예 6에 따른 필터 장치(10F)와 같이, 병렬암 회로(13p)의 정전 용량값(C0(p1)+C0(Cp1))이 직렬암 공진자(s1)의 정전 용량값(C0(s1))보다 큰 경우에는 보다 효과적으로 필터 장치(10F)를 소형화하는 것이 가능해진다.
한편, 실시예 5에 따른 필터 장치(10E)에서는 도 12d의 (b)에 나타내는 바와 같이, 통과 대역의 삽입 손실을 저감하면서 소형화가 되어 있는데, 표 5(총 사이즈)에 나타내는 바와 같이, 실시예 6에 따른 필터 장치(10F) 쪽이 실시예 5에 따른 필터 장치(10E)보다도 효율적으로 소형화가 가능해진다.
[1.7 실시예 7에 따른 필터 장치]
도 13a는 실시예 7에 따른 필터 장치(10G)의 회로 구성도이다. 동도면에 도시된 필터 장치(10G)는 직렬암 회로(14s)와 병렬암 공진자(p1)와 입출력 단자(T1 및 T2)를 포함한다.
실시예 7에 따른 필터 장치(10G)는 실시예 1에 따른 필터 장치(10A)와 비교하여, 직렬암 회로(14s)의 비대역 폭이 보다 작아져 있는 점이 다르다. 이하, 실시예 7에 따른 필터 장치(10G)에 대해, 실시예 1에 따른 필터 장치(10A)와 동일한 점에 대해서는 설명을 생략하고, 다른 점을 중심으로 설명한다.
본 실시예에서 직렬암 회로(14s)는 입출력 단자(T1)와 입출력 단자(T2)를 잇는 경로 상에 접속되고, 직렬암 공진자(s1)와 커패시터(Cs1)를 가지고 있다. 직렬암 회로(14s)는 직렬암 공진자(s1)와 커패시터(Cs1)로 구성된 공진 회로로 되어 있다. 직렬암 공진자(s1)는 커패시터(Cs1)와 병렬 접속된 제1 탄성파 공진자이며, 커패시터(Cs1)는 직렬암 공진자(s1)와 병렬 접속된 제1 커패시터이다. 병렬암 공진자(p1)는 커패시터가 병렬 접속되어 있지 않은 제2 탄성파 공진자이다. 여기서, 커패시터(Cs1)의 정전 용량 밀도(Cz(Cs1))는 직렬암 공진자(s1)의 정전 용량 밀도(Cz(Cs1))보다도 크면서, 직렬암 회로(14s)의 비대역 폭(BWR(s1//Cs1))은 병렬암 공진자(p1)의 비대역 폭(BWR(p1)) 이하이다.
표 6에 실시예 1에 따른 필터 장치(10A)의 회로 파라미터와 실시예 7에 따른 필터 장치(10G)의 회로 파라미터를 나타낸다.
Figure 112020029456282-pct00010
도 13b는 실시예 1에 따른 필터 장치(10A) 및 실시예 7에 따른 필터 장치(10G)의 임피던스 특성 및 통과 특성을 비교한 그래프이다. 표 6에 나타내는 바와 같이, 필터 장치(10A)의 직렬암 회로(11s)의 비대역 폭(BWR(s1//Cs1))은 3.69%이며, 필터 장치(10G)의 직렬암 회로(14s)의 비대역 폭(BWR(s1//Cs1))은 2.97%이다. 또한, 병렬암 공진자(p1)의 비대역 폭(BWR(p1))은 4.50%이다. 즉, 실시예 1 및 실시예 7 쌍방에서 직렬암 회로의 비대역 폭(BWR(s1//Cs1))은 병렬암 공진자(p1)의 비대역 폭(BWR(p1)) 이하로 되어 있지만, 실시예 7에 따른 직렬암 회로(14s)의 비대역 폭(BWR(s1//Cs1)) 쪽이 실시예 1에 따른 직렬암 회로(11s)의 비대역 폭(BWR(s1//Cs1))보다도 작다.
직렬암 회로의 비대역 폭(BWR)을 병렬암 공진자(p1)의 비대역 폭(BWR)보다 작게 함으로써, 직렬암 회로에서의 커패시터(Cs1)의 정전 용량 비율이 높아지므로, 소형화가 더 가능해짐과 함께, 통과 대역 고역 측의 급준성이 향상된다. 도 13b의 (b) 및 (c)에 나타내는 바와 같이, 실시예 1보다도 실시예 7과 같이, 직렬암 회로의 비대역 폭(BWR)을 더 작게 함으로써, 통과 대역 고역 측의 급준성이 보다 향상된다. 이와 함께, 표 6에 나타내는 바와 같이, 사이즈 축소 효과가 보다 높아진다.
[1.8 실시예 8에 따른 필터 장치]
도 14a는 실시예 8에 따른 필터 장치(10H)의 회로 구성도이다. 동도면에 도시된 필터 장치(10H)는 직렬암 회로(15s 및 16s)와 병렬암 회로(14p)와 직렬암 공진자(s2 및 s3)와 병렬암 공진자(p1 및 p3)와 입출력 단자(T1 및 T2)를 포함한다. 직렬암 공진자(s2 및 s3)는 각각 직렬암 회로를 구성하고 있다. 또한, 병렬암 공진자(p1)는 상기 경로 상의 노드(x1) 및 그라운드에 접속된 병렬암 회로를 구성하고 있다. 또한, 병렬암 공진자(p3)는 상기 경로 상의 노드(x3) 및 그라운드에 접속된 병렬암 회로를 구성하고 있다.
실시예 8에 따른 필터 장치(10H)는 실시예 1에 따른 필터 장치(10A)와 비교하여, 직렬암 회로 및 병렬암 회로가 각각 복수개 배치되어 있는 점이 다르다. 이하, 실시예 8에 따른 필터 장치(10H)에 대해, 실시예 1에 따른 필터 장치(10A)와 동일한 점에 대해서는 설명을 생략하고, 다른 점을 중심으로 설명한다.
본 실시예에서 직렬암 회로(15s), 직렬암 공진자(s2), 직렬암 공진자(s3), 및 직렬암 회로(16s)는 입출력 단자(T1)와 입출력 단자(T2)를 잇는 경로 상에 이 순서로 직렬 접속되어 있다.
직렬암 회로(15s)는 직렬암 공진자(s1)와 커패시터(Cs1)로 구성된 공진 회로로 되어 있다. 직렬암 공진자(s1)는 커패시터(Cs1)와 병렬 접속된 제1 탄성파 공진자이다. 커패시터(Cs1)는 직렬암 공진자(s1)와 병렬 접속된 제1 커패시터이다.
직렬암 회로(16s)는 직렬암 공진자(s4)와 커패시터(Cs4)로 구성된 공진 회로로 되어 있다. 직렬암 공진자(s4)는 커패시터(Cs4)와 병렬 접속된 제1 탄성파 공진자이다. 커패시터(Cs4)는 직렬암 공진자(s4)와 병렬 접속된 제1 커패시터이다.
병렬암 회로(14p)는 상기 경로 상의 노드(x2) 및 그라운드에 접속되고, 병렬암 공진자(p2)와 커패시터(Cp2)로 구성된 공진 회로로 되어 있다. 병렬암 공진자(p2)는 커패시터(Cp2)와 병렬 접속된 제1 탄성파 공진자이다. 커패시터(Cp2)는 병렬암 공진자(p2)와 병렬 접속된 제1 커패시터이다.
상기 구성에 의해, 필터 장치(10H)는 하나 이상의 직렬암 회로와 하나 이상의 병렬암 회로를 가지는 다단의 래더형 필터 회로를 구성하고 있다. 본 실시예와 같이, 직렬암 회로 및 병렬암 회로의 수를 조정함으로써, 적용되는 밴드의 요구 사양을 만족하는 필터 장치를 구성하는 것이 가능해진다. 본 실시예에서는 본 실시형태에 따른 필터 장치를 LTE(Long Term Evolution)의 Band28 송신용 필터(송신 통과 대역: 703~748㎒, 감쇠 대역: 758~803㎒)에 적용한 예를 나타내고 있다.
여기서, 필터 장치(10H)는 이하의 특징을 가지고 있다.
(1) 커패시터(Cs1)의 정전 용량 밀도(Cz(Cs1))는 직렬암 공진자(s1)의 정전 용량 밀도(Cz(s1))보다도 크다.
(2) 커패시터(Cp2)의 정전 용량 밀도(Cz(Cp2))는 병렬암 공진자(p2)의 정전 용량 밀도(Cz(p2))보다도 크다.
(3) 커패시터(Cs4)의 정전 용량 밀도(Cz(Cs4))는 직렬암 공진자(s4)의 정전 용량 밀도(Cz(s4))보다도 크다.
(4) 직렬암 공진자(s1)의 비대역 폭은 직렬암 공진자(s2 및 s3), 그리고 병렬암 공진자(p1 및 p3) 각각의 비대역 폭보다도 크다.
(5) 병렬암 공진자(p2)의 비대역 폭은 직렬암 공진자(s2 및 s3), 그리고 병렬암 공진자(p1 및 p3) 각각의 비대역 폭보다도 크다.
(6) 직렬암 공진자(s4)의 비대역 폭은 직렬암 공진자(s2 및 s3), 그리고 병렬암 공진자(p1 및 p3) 각각의 비대역 폭보다도 크다.
(7) 직렬암 회로(15s)의 정전 용량은 직렬암 공진자(s2 및 s3), 그리고 병렬암 공진자(p1 및 p3) 각각의 정전 용량보다도 크다.
(8) 병렬암 회로(14p)의 정전 용량은 직렬암 공진자(s2 및 s3), 그리고 병렬암 공진자(p1 및 p3) 각각의 정전 용량보다도 크다.
(9) 직렬암 회로(16s)의 정전 용량은 직렬암 공진자(s2 및 s3), 그리고 병렬암 공진자(p1 및 p3) 각각의 정전 용량보다도 크다.
(10) 직렬암 회로(15s)의 비대역 폭은 직렬암 공진자(s2 및 s3), 그리고 병렬암 공진자(p1 및 p3) 각각의 비대역 폭 이하이다.
(11) 병렬암 회로(14p)의 비대역 폭은 직렬암 공진자(s2 및 s3), 그리고 병렬암 공진자(p1 및 p3) 각각의 비대역 폭 이하이다.
(12) 직렬암 회로(16s)의 비대역 폭은 직렬암 공진자(s2 및 s3), 그리고 병렬암 공진자(p1 및 p3) 각각의 비대역 폭 이하이다.
표 7에 실시예 8에 따른 필터 장치(10H)의 회로 파라미터와 비교예 4에 따른 필터 장치(500D)의 회로 파라미터를 나타낸다.
Figure 112020029456282-pct00011
도 14b는 실시예 8에 따른 필터 장치(10H) 및 비교예 4에 따른 필터 장치(500D)의 통과 특성을 비교한 그래프이다.
한편, 비교예 4에 따른 필터 장치(500D)는 실시예 8에 따른 필터 장치(10H)와 비교하여, 회로 구성은 도 14a에 도시된 회로 접속 구성과 동일하고, 정전 용량 밀도(Cz(Cs1))와 정전 용량 밀도(Cz(s1))가 동일하며, 정전 용량 밀도(Cz(Cp2))와 정전 용량 밀도(Cz(p2))가 동일하고, 정전 용량 밀도(Cz(Cs4))와 정전 용량 밀도(Cz(s4))가 동일한 점이 다르다. 따라서, 도 14b에 나타내는 바와 같이, 실시예 8에 따른 필터 장치(10H)의 통과 대역 근방에서의 통과 특성과, 비교예 4에 따른 필터 장치(500D)의 통과 대역 근방에서의 통과 특성은 거의 동일하다.
한편, 실시예 8에 따른 필터 장치(10H)는 상기 (1)~(12)의 특징을 가짐으로써, 표 7에 나타내는 바와 같이 필터 특성을 유지하면서 필터 장치를 더 소형화할 수 있다.
한편, 표 7에 나타내는 바와 같이, 공진 회로인 직렬암 회로(15s, 16s) 및 병렬암 회로(14p) 각각이 가지는 제1 탄성파 공진자의 설계 파라미터는 달라도 된다. 또한, 직렬암 회로(15s, 16s) 및 병렬암 회로(14p) 각각이 가지는 제1 커패시터의 설계 파라미터도 달라도 된다.
또한, 실시예 8에 따른 필터 장치(10H)에서 하나 이상의 직렬암 회로 및 하나 이상의 병렬암 회로 중 둘 이상의 회로가 상기 공진 회로를 가지고 있으면 된다.
또한, 실시예 8에 따른 필터 장치(10H)에서 각 공진 회로는 상기 (1)~(12)의 특징 중 적어도 상기 (1)~(3)을 만족하고 있으면 된다.
또한, 상기 (4)~(12)의 특징에서 공진 회로 또는 그것을 구성하는 공진자의 비대역 폭 또는 정전 용량과, 직렬암 공진자(s2 및 s3), 그리고 병렬암 공진자(p1 및 p3) 각각의 비대역 폭 또는 정전 용량을 비교하고 있는데, 공진 회로 또는 그것을 구성하는 공진자의 비대역 폭 또는 정전 용량은 직렬암 공진자(s2 및 s3), 그리고 병렬암 공진자(p1 및 p3) 중 적어도 하나의 비대역 폭 또는 정전 용량과 비교하여 조건을 만족하면 된다.
[1.9 실시예 9에 따른 필터 장치]
도 15a는 실시예 9에 따른 필터 장치(10J)의 회로 구성도이다. 동도면에 도시된 필터 장치(10J)는 병렬암 회로(25)와 직렬암 공진자(s1)와 입출력 단자(T1 및 T2)를 포함한다.
실시예 9에 따른 필터 장치(10J)는 실시예 2에 따른 필터 장치(10B)와 비교하여, 병렬암 회로(25)가 스위치 회로를 가지고 있는 점이 다르다. 이하, 실시예 9에 따른 필터 장치(10J)에 대해, 실시예 2에 따른 필터 장치(10B)와 동일한 점에 대해서는 설명을 생략하고, 다른 점을 중심으로 설명한다.
본 실시예에서 직렬암 공진자(s1)는 입출력 단자(T1)와 입출력 단자(T2)를 잇는 경로 상에 접속된 제2 탄성파 공진자이며, 직렬암 회로를 구성하고 있다.
병렬암 회로(25)는 상기 경로 상의 노드(x1) 및 그라운드에 접속되고, 노드(x1) 및 그라운드를 잇는 경로 상에 직렬 접속된 공진 회로(15p) 및 스위치 회로(15sw)를 가지고 있다. 공진 회로(15p)는 병렬암 공진자(p1)와 커패시터(Cp1)를 가지고 있다. 병렬암 공진자(p1)는 커패시터(Cp1)와 병렬 접속된 제1 탄성파 공진자이다. 커패시터(Cp1)는 병렬암 공진자(p1)와 병렬 접속된 제1 커패시터이다. 여기서, 커패시터(Cp1)의 정전 용량 밀도(Cz(Cp1))는 병렬암 공진자(p1)의 정전 용량 밀도(Cz(p1))보다도 크다.
스위치 회로(15sw)는 커패시터(Cyp1)와, 커패시터(Cyp1)에 병렬로 접속된 스위치(SWp1)를 가지고 있다.
한편, 커패시터(Cyp1)(제2 커패시터)는 인덕터이어도 되고, 커패시터, 인덕터, 또는 탄성파 공진자로 이루어지는 임피던스 소자이면 된다.
표 8에 실시예 9에 따른 필터 장치(10J)의 회로 파라미터를 나타낸다.
Figure 112020029456282-pct00012
도 15b는 실시예 9에 따른 필터 장치(10J)를 구성하는 공진자 및 회로의 임피던스 특성, 및 실시예 9에 따른 필터 장치(10J)의 통과 특성을 나타내는 그래프이다. 도 15b의 (a)에 나타내는 바와 같이, 스위치(SWp1)의 도통(온) 및 비도통(오프) 전환에 의해 스위치 회로(15sw)의 임피던스를 전환할 수 있고, 병렬암 회로(25)의 임피던스가 극소가 되는 주파수인 공진 주파수(Frp)(Frpon⇔Frpoff)를 전환할 수 있다. 이로써, 도 15b의 (b)에 나타내는 바와 같이, 필터 장치(10J)의 통과 대역 저역 측의 감쇠극의 주파수가 시프트하므로, 통과 대역 폭 및 통과 대역 저역 측의 감쇠량을 가변하는 것이 가능해진다.
한편, 스위치 회로(15sw)와 병렬암 공진자(p1)가 직렬 접속되게 되기 때문에, 스위치 회로(15sw)와 직렬 접속되는 공진자의 임피던스를 낮게(정전 용량을 크게) 설계하는 것이 필요해진다. 이 때문에, 상기 공진자의 사이즈가 커지는 것이 상정된다. 이에 반해, 본 실시예에 따른 필터 장치(10J)에 의하면, 상기 공진자를, 병렬암 공진자(p1)와 병렬암 공진자(p1)보다도 정전 용량 밀도가 높은 커패시터(Cp1)가 병렬 접속된 공진 회로(15p)로 함으로써, 필터 장치의 사이즈를 소형으로 함과 함께, 주파수 가변 기능을 가지는 필터 장치(10J)를 실현할 수 있다.
[1.10 실시예 10 및 실시예 11에 따른 필터 장치]
도 16a는 비교예 5에 따른 필터 장치(500E)의 회로 구성도이다. 도 16b는 비교예 6에 따른 필터 장치(500F)의 회로 구성도이다. 도 17a는 실시예 10에 따른 필터 장치(10K)의 회로 구성도이다. 도 17b는 실시예 11에 따른 필터 장치(10L)의 회로 구성도이다.
표 9에 비교예 5에 따른 필터 장치(500E), 비교예 6에 따른 필터 장치(500F), 실시예 10에 따른 필터 장치(10K), 및 실시예 11에 따른 필터 장치(10L)의 회로 파라미터를 나타낸다.
Figure 112020029456282-pct00013
도 16a에 도시된 비교예 5에 따른 필터 장치(500E)는 직렬암 공진자(s1)와 병렬암 공진자(p1)와 입출력 단자(T1 및 T2)를 포함한다. 직렬암 공진자(s1)는 직렬암 회로를 구성하고 있다. 또한, 병렬암 공진자(p1)는 입출력 단자(T1 및 T2)를 이은 경로 상의 노드(x1) 및 그라운드에 접속된 병렬암 회로를 구성하고 있다. 필터 장치(500E)는 공진자에 병렬 접속되는 커패시터를 가지고 있지 않다. 또한, 고주파 전력(Pin)이 입출력 단자(T1)로부터 인가된다.
도 16b에 도시된 비교예 6에 따른 필터 장치(500F)는 직렬 접속된 2개의 직렬암 공진자(s1)와 병렬암 공진자(p1)와 입출력 단자(T1 및 T2)를 포함한다. 직렬 접속된 2개의 직렬암 공진자(s1)는 하나의 직렬암 회로를 구성하고 있다. 또한, 병렬암 공진자(p1)는 입출력 단자(T1 및 T2)를 이은 경로 상의 노드(x1) 및 그라운드에 접속된 병렬암 회로를 구성하고 있다. 필터 장치(500F)는 공진자에 병렬 접속되는 커패시터를 가지고 있지 않다. 또한, 고주파 전력(Pin)이 입출력 단자(T1)로부터 인가된다. 비교예 6에 따른 필터 장치(500F)는 비교예 5에 따른 필터 장치(500E)와 비교하여, 입출력 단자(T1)에 접속되는 직렬암 회로의 직렬암 공진자가 직렬 분할된 구성을 가지고 있는 점이 다르다. 이 구성에 의하면, 비교예 5에 따른 필터 장치(500E)와 비교하여, 고주파 전력이 인가되는 입출력 단자(T1)에 접속되어 있는 직렬암 공진자(s1)의 양단(兩端)의 전위 차(양단 전압)를 작게 할 수 있으므로, 필터 장치(500F)의 내전력성을 향상시킬 수 있다. 단, 이 구성에 의하면, 비교예 5에 따른 필터 장치(500E)와 비교하여 직렬암 회로의 임피던스는 동일하기 때문에 통과 특성은 동일하지만, 직렬 접속된 2개의 직렬암 공진자(s1) 각각의 임피던스가 낮아지기(정전 용량이 커지기) 때문에, 사이즈가 커진다.
도 17a에 도시된 실시예 10에 따른 필터 장치(10K)는 직렬암 회로(11s)와 병렬암 공진자(p1)와 입출력 단자(T1 및 T2)를 포함한다. 필터 장치(10K)는 실시예 1에 따른 필터 장치(10A)와 회로 구성이 동일하다. 또한, 커패시터(Cs1)의 정전 용량 밀도(Cz(Cs1))는 직렬암 공진자(s1)의 정전 용량 밀도(Cz(s1))보다 크다. 실시예 10에 따른 필터 장치(10K)는 실시예 1에 따른 필터 장치(10A)와 비교하여, 고주파 전력(Pin)이 입출력 단자(T1)로부터 인가되는 점, 및 직렬암 공진자(s1)의 비대역 폭이 병렬암 공진자(p1)의 비대역 폭보다 넓은 점이 다르다.
실시예 10에 따른 필터 장치(10K)에서는 직렬암 공진자(s1)를 비대역 폭이 넓은 공진자로 하고, 커패시터(Cs1)에 의해 공진 회로(직렬암 회로(11s))의 비대역 폭을 좁게 함으로써, 비교예 5에 따른 필터 장치(500E)의 직렬암 회로의 비대역 폭과 동일하게 하고 있다.
여기서, 실시예 10에 따른 필터 장치(10K)에서 직렬암 회로(11s)는 입출력 단자(T1 및 T2) 중 고주파 전력이 인가되는 단자에 탄성파 공진자를 가지는 직렬암 회로 및 탄성파 공진자를 가지는 병렬암 회로를 개재하지 않고 접속되어 있다.
직렬암 공진자(s1)는 그 반공진 주파수(fas1)에서 내전력성이 가장 낮다. 또한, 직렬암 공진자(s1)와 커패시터(Cs1)가 병렬 접속된 직렬암 회로(11s)의 반공진 주파수(Fas1)는 직렬암 공진자(s1)의 반공진 주파수(fas1)보다 낮다. 이 때문에, 직렬암 공진자(s1)의 내전력성이 낮은 반공진 주파수(fas1)에서의 소비 전력을 낮출 수 있다. 따라서, 직렬암 회로(11s)의 내전력성을 향상시킬 수 있고, 필터 장치(10K)의 내전력성을 높일 수 있다.
도 17b에 도시된 실시예 11에 따른 필터 장치(10L)는 2개의 공진 회로가 직렬 접속된 회로인 직렬암 회로(11s)와 병렬암 공진자(p1)와 입출력 단자(T1 및 T2)를 포함한다. 상기 2개의 공진 회로 각각은 직렬암 공진자(s1)와 커패시터(Cs1)가 병렬 접속되어 있다.
본 실시예에서 직렬암 회로(11s)는 입출력 단자(T1)와 입출력 단자(T2)를 잇는 경로 상에서 탄성파 공진자를 개재하지 않고 직렬로 접속되어 있다. 직렬암 회로(11s)는 직렬암 공진자(s1)와 커패시터(Cs1)가 병렬 접속된 공진 회로가 2개 직렬 접속된 구성으로 되어 있다. 직렬암 공진자(s1)는 커패시터(Cs1)와 병렬 접속된 제1 탄성파 공진자이며, 커패시터(Cs1)는 직렬암 공진자(s1)와 병렬 접속된 제1 커패시터이다. 또한, 커패시터(Cs1)의 정전 용량 밀도(Cz(Cs1))는 직렬암 공진자(s1)의 정전 용량 밀도(Cz(s1))보다 크다.
병렬암 공진자(p1)는 상기 경로 상의 노드(x1) 및 그라운드에 접속된 병렬암 회로를 구성하고 있다.
또한, 고주파 전력(Pin)이 입출력 단자(T1)로부터 인가된다.
탄성파 공진자의 내전력성은 각 소자 및 회로의 양단 전압과 상관이 있다.
표 10에 비교예 5에 따른 필터 장치(500E), 비교예 6에 따른 필터 장치(500F), 실시예 10에 따른 필터 장치(10K), 및 실시예 11에 따른 필터 장치(10L)에서의 각 회로 소자의 양단 전압을 나타낸다.
Figure 112020029456282-pct00014
표 10에 나타내는 바와 같이, 전력 인가 단자에 접속되는 직렬암 회로 또는 병렬암 회로의 양단 전압은 높다. 입출력 단자(T1)로부터 전력 인가한 경우, 입출력 단자(T1)에 접속되는 직렬암 회로(11s)의 양단 전압이 높고, 입출력 단자(T2)로부터 전력 인가한 경우, 입출력 단자(T2)에 접속되는 병렬암 공진자(p1)의 양단 전압이 높다. 따라서, 전력 인가 단자에 접속되는 직렬암 회로 또는/및 병렬암 회로를 직렬 분할하는 것이 필요하다. 단, 직렬 분할하면, 각 소자 및 회로의 임피던스를 낮출(정전 용량을 높일) 필요가 있기 때문에, 탄성파 공진자와 커패시터가 병렬 접속된 공진 회로를 채용함으로써 소형으로 할 수 있다.
상기 구성에 의하면, 실시예 10에 따른 필터 장치(10K)와 비교하여, 고주파 전력이 인가되는 입출력 단자(T1)에 접속되어 있는 직렬암 회로(11s)의 양단 전압을 작게 할 수 있으므로, 필터 장치(10L)의 내전력성을 향상시킬 수 있다.
일반적으로, 하나의 직렬암 공진자 측은 하나의 병렬암 공진자를, 직렬 분할된 구성(복수개의 공진자에 직렬 접속된 구성)으로 하면, 공진자의 총 사이즈는 직렬 분할되어 있지 않은 공진자의 사이즈에 대하여, 직렬 분할한 공진자의 총수의 멱승(冪乘)이 된다. 비교예 6에서는 직렬암 회로를 2개의 직렬암 공진자가 직렬 접속된 구성으로 하고 있기(직렬 분할한 공진자의 총수는 2) 때문에, 하나의 직렬암 공진자로 구성된 직렬암 회로를 가지는(직렬 분할하지 않은) 비교예 5와 비교하면, 비교예 6의 직렬암 회로의 사이즈는 4배가 된다. 구체적으로는 표 9에 나타내는 바와 같이, 비교예 5에서는 직렬암 공진자(s1)의 사이즈는 23077㎛2이고, 비교예 6에서는 2개의 직렬암 공진자(s1)의 합계 사이즈는 92308㎛2(46154㎛2×2개)가 된다.
이에 반해, 표 9에 나타내는 바와 같이, 실시예 10에서는 직렬암 회로(11s)의 사이즈는 16756㎛2이고, 실시예 11에서는 직렬암 회로(11s)의 사이즈는 47692㎛2(23846㎛2×2개)가 된다. 즉, 실시예 11에서는 직렬암 회로(11s)를 2개의 공진 회로로 구성하고 있지만, 직렬암 회로를 하나의 공진 회로로 구성하고 있는 실시예 10과 비교하면, 2.8배의 사이즈 증가에 머물러 있다.
한편, 비교예와 실시예를 비교하면, 비교예 5에서는 직렬암 공진자(s1)의 사이즈가 23077㎛2인 것에 반해, 실시예 10에서는 직렬암 회로(11s)의 사이즈가 16756㎛2로 되어 있다. 또한, 비교예 6에서는 직렬암 공진자(s1)의 사이즈는 92308㎛2인 것에 반해, 실시예 11에서는 직렬암 회로(11s)의 사이즈는 47692㎛2로 되어 있다.
즉, 내전력성을 향상시키기 위해, 직렬암 회로(또는 병렬암 회로)를 직렬 분할하는 경우이어도, 커패시터(Cs1)(또는 Cp1)의 정전 용량 밀도(Cz(Cs1))(또는 Cz(Cp1))가 직렬암 공진자(s1)(병렬암 공진자(p1))의 정전 용량 밀도(Cz(s1))(또는 Cz(p1))보다 크다는 특징을 가짐으로써, 직렬암 회로(또는 병렬암 회로)의 사이즈를 작게 할 수 있다.
탄성파 공진자를 가지는 직렬암 회로 또는 병렬암 회로는 고전력이 인가된 경우에 그 탄성파 공진자가 파괴되는 경우가 있다. 그 때문에, 복수개의 공진자를 직렬 접속한 회로를 이용하는 것이 일반적인 대책이다. 이 경우에는 복수개의 공진자를 직렬 접속한 회로에서의 각 공진자의 정전 용량값을 크게 할 필요가 있고, 탄성파 공진자의 사이즈가 커진다.
상기 구성에 의하면, 전력 인가 단자에 접속되는, 탄성파 공진자를 가지는 직렬암 회로 또는 병렬암 회로에서 복수개의 공진 회로가 다른 탄성파 공진자를 개재하지 않고 직렬로 접속되므로, 상기 직렬암 회로 또는 병렬암 회로의 내전력성을 확보할 수 있다. 따라서, 내전력성이 확보된 소형의 필터 장치를 실현할 수 있다.
더욱이, 공진 회로의 공진 특성의 관점에서, 전력 인가 단자에 접속되는 직렬암 회로 또는 병렬암 회로를 탄성파 공진자와 커패시터가 병렬 접속된 공진 회로로 함으로써 내전력성이 향상된다. 여기서, 커패시터(Cx)가 없고 탄성파 공진자(reso1)만인 경우, 반공진 주파수(fa)에서는 탄성파 공진자(reso1)의 양단 전압이 가장 높아지기 때문에, 반공진 주파수(fa)가 내전력성이 가장 낮은 주파수가 된다.
이에 반해, 탄성파 공진자(reso1)에 커패시터(Cx)가 병렬로 접속되면, (1) 공진 회로의 반공진 주파수(Fa)가 탄성파 공진자(reso1)의 가장 내전력성이 낮은 반공진 주파수(fa)로부터 떨어지는 것, 및 (2) 탄성파 공진자(reso1)의 정전 용량(C0)과 커패시터(Cx)에서 소비 전력이 분산되는 것에 의해 내전력성이 향상된다.
[1.11 실시예 12 및 실시예 13에 따른 멀티플렉서]
본 실시형태에 따른 멀티플렉서는 실시예 1~11 중 어느 하나에 따른 필터 장치(10A~10L)를 포함하는 복수개의 필터를 포함하고, 상기 복수개의 필터 각각의 입력 단자 및 출력 단자 중 한쪽이 공통 단자에 직접적 또는 간접적으로 접속되어 있는 구성을 가진다.
도 18a는 실시예 12에 따른 멀티플렉서(30A)의 회로 구성도이다. 동도면에 도시된 멀티플렉서(30A)는 필터(10M 및 20)와 공통 단자(T0)와 입출력 단자(T12 및 T22)와 인덕터(Lm1)를 포함한다.
필터(10M)는 공통 단자(T0) 및 입출력 단자(T12)에 접속되고, 필터(20)는 공통 단자(T0) 및 입출력 단자(T22)에 접속되며, 인덕터(Lm1)는 공통 단자(T0) 및 그라운드에 접속되어 있다. 한편, 필터(10M)와 필터(20)는 도 18a에 나타내는 바와 같이, 공통 단자(T0)에 직접 접속되어 있지 않아도 되고, 예를 들면, 임피던스 정합 회로, 이상기, 서큘레이터, 또는 둘 이상의 필터를 선택할 수 있는 스위치 소자를 통해 공통 단자(T0)에 간접적으로 접속되어 있어도 된다.
필터(10M)는 직렬암 회로(17s)와 직렬암 공진자(s2, s3 및 s4)와 병렬암 공진자(p1, p2 및 p3)와 인덕터(Lp2)를 포함한다. 직렬암 공진자(s4, s3 및 s2), 그리고 직렬암 회로(17s)는 공통 단자(T0)와 입출력 단자(T12)를 잇는 경로 상에, 이 순서로 직렬 접속되어 있다.
직렬암 회로(17s)는 직렬암 공진자(s1)와 커패시터(Cs1)로 구성된 공진 회로로 되어 있다. 직렬암 공진자(s1)는 커패시터(Cs1)와 병렬 접속된 제1 탄성파 공진자이며, 커패시터(Cs1)는 직렬암 공진자(s1)와 병렬 접속된 제1 커패시터이다.
직렬암 공진자(s2, s3 및 s4)는 각각 직렬암 회로를 구성하고 있다.
병렬암 공진자(p1)는 상기 경로 상의 노드(x3) 및 그라운드에 접속된 병렬암 회로이다. 병렬암 공진자(p2)와 인덕터(Lp2)가 직렬 접속된 회로는 상기 경로 상의 노드(x2) 및 그라운드에 접속된 병렬암 회로이다. 병렬암 공진자(p3)는 상기 경로 상의 노드(x1) 및 그라운드에 접속된 병렬암 회로이다.
커패시터(Cs1)의 정전 용량 밀도(Cz(Cs1))는 직렬암 공진자(s1)의 정전 용량 밀도(Cz(s1))보다도 크다.
더욱이, 실시예 12에 따른 필터(10M)는 이하의 특징을 가지고 있다.
(1) 직렬암 공진자(s1)의 비대역 폭은 직렬암 공진자(s2, s3, s4), 및 병렬암 공진자(p1, p2, p3) 각각의 비대역 폭보다도 크다.
(2) 직렬암 회로(17s)의 정전 용량은 직렬암 공진자(s2, s3, s4), 및 병렬암 공진자(p1, p2, p3) 각각의 정전 용량보다도 크다.
한편, 실시예 12에 따른 필터(10M)에서 직렬암 공진자(s1) 및 직렬암 회로(17s)는 상기 (1) 및 (2)를 만족하지 않아도 된다. 또한, 상기 (1) 및 (2)의 특징에서 직렬암 공진자(s1) 및 직렬암 회로(17s)의 비대역 폭 또는 정전 용량과, 직렬암 공진자(s2, s3, s4), 및 병렬암 공진자(p1, p2, p3) 각각의 비대역 폭 또는 정전 용량을 비교하고 있는데, 직렬암 공진자(s1) 및 직렬암 회로(17s)의 비대역 폭 또는 정전 용량은 직렬암 공진자(s2, s3, s4), 및 병렬암 공진자(p1, p2, p3) 중 적어도 하나의 비대역 폭 또는 정전 용량과 비교하여 조건을 충족하면 된다.
또한, 실시예 12에서는 충족하고 있지 않지만, 적용하는 밴드의 사용에 의해, 이하의 조건을 충족시켜도 된다.
(3) 직렬암 회로(17s)의 비대역 폭은 직렬암 공진자(s2, s3, s4), 및 병렬암 공진자(p1, p2, p3) 각각의 비대역 폭 이하이다.
상기 구성에 의해, 필터(10M)는 하나 이상의 직렬암 회로와 하나 이상의 병렬암 회로를 가지는 다단의 래더형 필터 회로를 구성하고 있다. 본 실시예와 같이, 직렬암 회로 및 병렬암 회로의 수를 조정함으로써, 적용되는 밴드의 요구 사양을 만족하는 필터 장치를 구성하는 것이 가능해진다. 한편, 필터(10M)는 상기와 같은 구성에 한정되지 않고, 실시예 1~11 중 어느 하나에 따른 필터 장치(10A~10L)의 회로 구성을 포함하는 구성이면 된다.
필터(20)는 필터(10M)의 통과 대역과 주파수가 다른 통과 대역을 가지는 필터이며, 회로 구성은 한정되지 않는다.
본 실시예에서는 필터(10M)를 LTE의 Band20 수신용 필터(수신 통과 대역: 791~821㎒, 감쇠(송신) 대역: 832~862㎒)에 적용한 예를 나타내고 있다. 또한, 필터(20)를 LTE의 Band8 수신용 필터(수신 통과 대역: 925~960㎒, 감쇠(송신) 대역: 880~915㎒)에 적용한 예를 나타내고 있다.
상기 구성에 의하면, 직렬암 회로(17s)를 이용한 필터(10M)를 포함하는 멀티플렉서(30A)로 함으로써, 필터(10M)의 필터 특성을 유지하면서, 소형화된 멀티플렉서를 제공할 수 있다.
도 18b는 실시예 13에 따른 멀티플렉서(30B)의 회로 구성도이다. 동도면에 도시된 멀티플렉서(30B)는 필터(10N 및 20)와 공통 단자(T0)와 입출력 단자(T12 및 T22)와 인덕터(Lm1)를 포함한다. 실시예 13에 따른 멀티플렉서(30B)는 실시예 12에 따른 멀티플렉서(30A)와 비교하여, 필터(10N)의 회로 구성만이 다르다. 이하, 실시예 13에 따른 멀티플렉서(30B)에 대해, 실시예 12에 따른 멀티플렉서(30A)와 동일한 점은 설명을 생략하고, 다른 점을 중심으로 설명한다.
필터(10N)는 공통 단자(T0) 및 입출력 단자(T12)에 접속되고, 필터(20)는 공통 단자(T0) 및 입출력 단자(T22)에 접속되며, 인덕터(Lm1)는 공통 단자(T0) 및 그라운드에 접속되어 있다.
필터(10N)는 직렬암 회로(17s)와 직렬암 공진자(s2, s3 및 s4)와 병렬암 공진자(p1, p2 및 p3)와 인덕터(Lp2)를 포함한다. 직렬암 회로(17s), 직렬암 공진자(s2, s3 및 s4)는 공통 단자(T0)와 입출력 단자(T12)를 잇는 경로 상에, 이 순서로 직렬 접속되어 있다.
병렬암 공진자(p1)는 상기 경로 상의 노드(x1) 및 그라운드에 접속된 병렬암 회로이다. 병렬암 공진자(p2)와 인덕터(Lp2)가 직렬 접속된 회로는 상기 경로 상의 노드(x2) 및 그라운드에 접속된 병렬암 회로이다. 병렬암 공진자(p3)는 상기 경로 상의 노드(x3) 및 그라운드에 접속된 병렬암 회로이다.
커패시터(Cs1)의 정전 용량 밀도(Cz(Cs1))는 직렬암 공진자(s1)의 정전 용량 밀도(Cz(s1))보다도 크다.
상기 구성에 의하면, 공통 단자(T0)와 직렬암 회로(17s)는 탄성파 공진자를 가지는 직렬암 회로 및 탄성파 공진자를 가지는 병렬암 회로를 개재하지 않고 접속되어 있다. 또한, 필터(10N)의 통과 대역은 필터(20)의 통과 대역보다도 저주파 측에 위치하고 있다. 바꿔 말하면, 필터(10N)를 제외한 복수개의 필터 중 적어도 하나인 필터(20)는 필터(10N)의 통과 대역의 주파수보다 높은 통과 대역을 가진다.
본 실시예에서도 실시예 12와 마찬가지로, 필터(10N)를 LTE의 Band20 수신용 필터(수신 통과 대역: 791~821㎒, 감쇠(송신) 대역: 832~862㎒)에 적용한 예를 나타내고 있다. 또한, 필터(20)를 LTE의 Band8 수신용 필터(수신 통과 대역: 925~960㎒, 감쇠(송신) 대역: 880~915㎒)에 적용한 예를 나타내고 있다.
표 11에 실시예 12에 따른 필터(10M)의 회로 파라미터와 실시예 13에 따른 필터(10N)의 회로 파라미터를 나타낸다.
Figure 112020029456282-pct00015
상기 구성에 의하면, 실시예 12와 마찬가지로 직렬암 회로(17s)를 이용한 필터(10N)를 포함하는 멀티플렉서(30B)로 함으로써, 필터(10N)의 필터 특성을 유지하면서, 소형화된 멀티플렉서를 제공할 수 있다.
도 19a는 실시예 12에 따른 멀티플렉서(30A) 및 실시예 13에 따른 멀티플렉서(30B)의 통과 특성을 비교한 그래프이다. 또한, 도 19b는 실시예 13에 따른 필터(30N) 단체(單體)의 통과 특성 및 반사 특성을 나타내는 그래프이다. 또한, 도 19c는 실시예 13에 따른 필터(10N)의 직렬암 회로(17s) 및 직렬암 공진자(s1)의 임피던스 특성, 반사 특성 및 용량 특성을 나타내는 그래프이다.
여기서, 실시예 12에 따른 필터(10M)에서는, 공통 단자(T0)에 접속되는 직렬암 회로는 직렬암 공진자(s4)만으로 구성되어 있다. 한편, 실시예 13에 따른 필터(10N)에서는, 공통 단자(T0)에 접속되는 직렬암 회로(17s)는 직렬암 공진자(s1)와 커패시터(Cs1)가 병렬 접속된 공진 회로로 구성되어 있다.
도 19c의 (b)에 나타내는 바와 같이, 직렬암 공진자의 반공진 주파수의 고주파수 측의 주파수 영역에서는 벌크파의 방사에 의한 손실(벌크파 손실)이 발생하고, 도 19c의 (d)에 나타내는 바와 같이, 상기 주파수 영역에서 직렬암 공진자는 Q값이 낮은 커패시터로서 기능한다. 한편, 도 19c의 (b) 및 (d)에 나타내는 바와 같이, 직렬암 공진자와 커패시터가 병렬 접속된 공진 회로는 벌크파 손실이 있는 직렬암 공진자와, 벌크파 손실이 없는 커패시터를 병렬로 접속한 회로이기 때문에, 직렬암 공진자의 벌크파 손실이 있는 주파수 영역에서 용량 Q값이 향상된다.
실시예 12에 따른 필터(20) 및 실시예 13에 따른 필터(20)의 통과 대역의 주파수는 실시예 12에 따른 필터(10M) 및 실시예 13에 따른 필터(10N)의 통과 대역의 주파수보다 높다.
그 때문에, 공통 단자(T0)에 접속되는 직렬암 회로가 직렬암 공진자만으로 구성되는 실시예 12에 따른 멀티플렉서(30A)에서는 필터(20)의 삽입 손실이 악화되는 것이 염려된다. 이에 반해, 공통 단자(T0)에 접속되는 직렬암 회로가 공진 회로로 구성되는 실시예 13에 따른 멀티플렉서(30B)에서는 필터(20)의 삽입 손실이 저감된다.
또한, 도 19b의 (c) 및 (d)에 나타내는 바와 같이, 실시예 13에 따른 필터(10N)에서 직렬암 회로(17s)가 접속된 입출력 단자(T1) 측의 필터(20)의 통과 대역의 반사 손실(0.638~1.009㏈)이, 직렬암 회로(17s)가 접속되어 있지 않은 입출력 단자(T2) 측의 필터(20)의 통과 대역의 반사 손실(1.324~1.730㏈)보다 작다.
이로써, 도 19a의 (a)에 나타내는 바와 같이, 실시예 12에 따른 필터(10M)의 삽입 손실과, 실시예 13에 따른 필터(10N)의 삽입 손실은 거의 동등 수준인 것에 반해, 도 19a의 (b)에 나타내는 바와 같이, 실시예 12에 따른 필터(20)의 삽입 손실은 2.37㏈인 것에 반해, 실시예 13에 따른 필터(20)의 삽입 손실은 1.91㏈이다. 즉, 필터(20)의 삽입 손실에 관해서는 실시예 12보다도 실시예 13 쪽이 저감되어 있다.
이상으로부터, 실시예 13에 따른 필터(10N)에 의하면, 직렬암 회로(17s)는 벌크파 손실이 있는 직렬암 공진자(s1)와, 벌크파 손실이 없는 커패시터(Cs1)에 전력이 분배되므로, 직렬암 회로(17s)에서의 벌크파 손실을 저감할 수 있다. 또한, 직렬암 회로(17s)는 공통 단자(T0)에 접속되므로, 공통 단자(T0) 측에서 본 필터(10N)의 필터(20) 통과 대역에서의 반사 손실을 저감할 수 있다. 따라서, 통과 대역의 주파수가 높은 필터(20)에서의 통과 대역 내의 삽입 손실을 저감할 수 있다.
한편, 본 실시형태에서는 멀티플렉서의 실시예로서 2개의 필터가 공통 단자(T0)에 접속된 회로 구성으로 했는데, 공통 단자(T0)에 접속되는 필터의 수는 2개에 한정되지 않고, 셋 이상이어도 된다.
즉, 본 발명에 따른 멀티플렉서는 실시예 1~11 중 어느 하나의 필터 장치를 포함하는 복수개의 필터를 포함하고, 상기 복수개의 필터 각각의 입력 단자 및 출력 단자 중 한쪽은 공통 단자(T0)에 직접적 또는 간접적으로 접속되어 있어도 된다.
또한, 공진 회로를 가지는 직렬암 회로 및 병렬암 회로 중 한쪽은 공통 단자(T0)와, 탄성파 공진자를 가지는 다른 직렬암 회로 및 탄성파 공진자를 가지는 다른 병렬암 회로를 개재하지 않고 접속되며, 상기 필터 장치를 제외한 상기 복수개의 필터 중 적어도 하나는 상기 필터 장치의 통과 대역의 주파수보다 높은 통과 대역을 가지고 있어도 된다.
[1.12 실시예 14에 따른 필터 장치]
본 실시예에서는 상술한 실시예 1~11 중 어느 하나에 따른 필터 장치, 또는 실시예 12 혹은 13에 따른 멀티플렉서가 가지는 공진 회로(직렬암 회로 또는 병렬암 회로)의 전극 구성에 대해 설명한다.
도 20a는 실시형태 1에 따른 필터 장치 및 멀티플렉서를 구성하는 공진 회로의 전극 구조를 모식적으로 나타내는 도면이다. 구체적으로는, 도 20a의 (a)에는 실시예 1에 따른 직렬암 회로(11s)의 기판 상에서의 전극의 평면도, 상기 평면도의 A-A'선에서의 단면도, 상기 평면도의 B-B'선에서의 단면도가 도시되고, 도 20a의 (b)에는 전극의 확대도가 도시되어 있다. 한편, 도 20a에 도시된 전극 구조는 직렬암 회로(11s)를 구성하는 직렬암 공진자(s1) 및 커패시터(Cs1)를 구성하는 빗살 용량 전극의 전형적인 구조를 설명하기 위한 것이다. 이 때문에, 각 공진자의 IDT 전극 및 빗살 용량 전극을 구성하는 전극지의 개수나 길이 등은 동도면에 나타내는 전극지의 개수나 길이에 한정되지 않는다. 또한, 실시예 1에 한정되지 않고, 그 밖의 실시예에 따른 공진 회로에서도 도 20a에 도시된 전극 구조가 적용된다.
도 20a의 (a)에 나타내는 바와 같이, 직렬암 공진자(s1)는 압전성을 가지는 기판(102)에 형성된 IDT 전극에 의해 구성된다. 직렬암 공진자(s1)는 IDT 전극(111), 한 쌍의 반사기(112), 및 압전 기판(102)에 의해 구성되어 있다. IDT 전극(111 및 121)은 복수개의 전극지와, 상기 복수개의 전극지를 끼고 대향하여 배치된 한 쌍의 버스바(busbar) 전극을 가지며, 복수개의 전극지가 한 쌍의 버스바 전극의 한쪽과 다른 쪽에 대하여 교대로 접속됨으로써 구성되어 있다. 여기서, 복수개의 전극지는 탄성파의 전파방향과 직교하는 방향을 따라 형성되고, 상기 전파방향을 따라 주기적으로 형성되어 있다. 한편, 기판(102)은 적어도 일부에 압전성을 가지는 기판이면 된다.
이와 같이 구성된 직렬암 공진자(s1)에서는 IDT 전극(111 및 121)의 설계 파라미터 등에 의해, 여진(勵振)되는 탄성파의 파장이 규정된다. 이하, IDT 전극(111)의 설계 파라미터에 대해 설명한다.
한편, 이하의 설명에서 도 20a의 (b)를 참조하는 경우, 도 20a의 (b)에서는 IDT 전극(111) 및 커패시터(Cs1)의 전극 파라미터를 P, W, S, L로 총칭하고 있는데, 이하의 설명에서는 IDT(111)의 전극 파라미터를 각각 Pr1, Wr1, Sr1, Lr1로 정의하고, 커패시터(Cs1)의 전극 파라미터를 각각 Pc1, Wc1, Sc1, Lc1로 정의한다.
상기 탄성파의 파장은 복수개의 전극지 중 하나의 버스바 전극에 접속된 전극지의 반복 주기(λr1)로 규정된다. 또한, 전극지 피치(복수개의 전극지의 피치, 즉 전극지 주기)(Pr1)란, 상기 반복 주기(λr1)의 1/2이다. 도 20a의 (b)에 나타내는 바와 같이, 전극지의 라인 폭을 Wr1로 하고, 서로 이웃하는 전극지 사이의 스페이스 폭(전극지 사이 갭)을 Sr1로 한 경우, Pr1=(Wr1+Sr1)로 정의된다. 또한, IDT 전극(111)의 교차 폭(Lr1)이란, 한 쌍의 버스바 전극의 한쪽에 접속된 전극지와 다른 쪽에 접속된 전극지를 탄성파의 전파방향에서 본 경우의 중복되는 전극지 길이이다. 또한, 전극 듀티(듀티비)란, 복수개의 전극지의 라인 폭 점유율이고, 상기 복수개의 전극지의 라인 폭과 스페이스 폭의 가산값에 대한 상기 라인 폭의 비율, 즉 Wr1/(Wr1+Sr1)로 정의된다. 즉, IDT 전극(111)의 전극 듀티는 전극지 피치(복수개의 전극지의 피치)에 대한 복수개의 전극지 폭의 비, 즉 Wr1/Pr1로 정의된다. 또한, 쌍 수란, 쌍을 이루는 전극지의 수이며, 전극지의 총수의 대략 반수(半數)이다. 예를 들면, 쌍 수를 Nr1로 하고, 전극지의 총수를 Mr1로 하면, Mr1=2Nr1+1을 만족한다. 또한, IDT 전극(111)의 전극지의 막 두께란, 상기 전극지를 형성하는 전극막의 두께(Tr1)이다. 또한, 직렬암 공진자(s1)의 정전 용량(C0)은 이하의 식 5로 나타난다.
Figure 112020029456282-pct00016
한편, ε0은 진공 중의 유전율, εr은 전극을 구성하고 있는 기판(102)의 표면의 유전율이다.
다음으로, 커패시터(Cs1)의 구조에 대해 설명한다.
커패시터(Cs1)는 압전 기판(102)과 압전 기판(102) 상에 형성된 빗살 용량 전극으로 구성되어 있다. 빗살 용량 전극은 복수개의 전극지로 구성되어 있다. 도 20a의 (a)에 나타내는 바와 같이, 빗살 용량 전극은 IDT 전극(111)과 마찬가지로 전극막에 의해 구성되어 있다. 즉, 커패시터(Cs1)를 구성하는 빗살 용량 전극은 직렬암 공진자(s1)를 구성하는 IDT 전극(111)과 동일한 압전 기판(102) 상에 형성되어 있다. 한편, 빗살 용량 전극과 IDT 전극(111)은 서로 다른 압전 기판 상에 형성되어 있어도 상관없다.
빗살 용량 전극은 복수개의 전극지와, 상기 복수개의 전극지를 끼고 대향하여 배치된 한 쌍의 버스바 전극을 가지며, 복수개의 전극지가 한 쌍의 버스바 전극의 한쪽과 다른 쪽에 대하여 교대로 접속됨으로써 구성되어 있다. 여기서, 복수개의 전극지는 탄성파의 전파방향을 따라 형성되고, 상기 전파방향과 직교하는 방향을 따라 주기적으로 형성되어 있다.
이와 같이 구성된 커패시터(Cs1)에서는 빗살 용량 전극의 설계 파라미터 등에 의해, 용량값 및 Q값 등의 특성이 규정된다. 이하, 빗살 용량 전극의 설계 파라미터에 대해 설명한다.
빗살 용량 전극의 전극지 피치(전극지의 피치, 즉 전극지 주기)(Pc1)란, 도 20a의 (b)에 나타내는 바와 같이, 전극지의 라인 폭을 Wc1로 하고, 서로 이웃하는 전극지 사이의 스페이스 폭(전극지 사이 갭)을 Sc1로 한 경우, Pc1=Wc1+Sc1로 정의된다. 또한, 전극 듀티(듀티비)란, 복수개의 전극지의 라인 폭 점유율이며, 복수개의 전극지의 라인 폭과 스페이스 폭의 가산값에 대한 상기 라인 폭의 비율, 즉 Wc1/(Wc1+Sc1)로 정의된다. 즉, 전극 듀티는 복수개의 전극지의 피치에 대한 복수개의 전극지의 폭의 비, 즉 Wc1/Pc1로 정의된다. 또한, 쌍 수란, 쌍을 이루는 전극지의 수이며, 전극지의 총수의 대략 반수이다. 예를 들면, 쌍 수를 Nc1로 하고, 전극지의 총수를 Mc1로 하면, Mc1=2Nc1+1을 만족한다. 또한, 빗살 용량 전극의 전극지의 막 두께란, 상기 전극지를 형성하는 전극막의 두께(Tc1)이다. 또한, 빗살 용량 전극의 정전 용량(Cx)은 이하의 식 6으로 나타난다.
Figure 112020029456282-pct00017
다음으로, 커패시터(Cs1)를 구성하는 빗살 용량 전극과, 커패시터(Cs1)와 병렬 접속되는 직렬암 공진자(s1)의 IDT 전극(111)의 설계 파라미터에 대해, 비교하여 설명한다.
본 실시형태에 따른 필터 장치 및 멀티플렉서에서 커패시터(Cs1)의 전극지 사이 갭(Sc1)은 직렬암 공진자(s1)의 IDT 전극에서의 전극지 사이 갭(Sr1)보다 좁다. 식 5 및 식 6으로부터, 전극지의 피치(Pc1) 및 전극지 사이 갭(Sc1)을 좁게 할수록 정전 용량은 커지고, 사이즈는 작아진다. 이에 의하면, 커패시터(Cs1)의 정전 용량 밀도(Cz(Cs1))를, 직렬암 공진자(s1)의 정전 용량 밀도(Cz(s1))보다도 크게 하면서 커패시터(Cs1)를 작게 하는 것이 가능해진다.
도 20b는 비교예에 따른 필터 장치 및 멀티플렉서를 구성하는 공진 회로의 전극 구조를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 20b의 (a) 및 (b)에는 커패시터(Cs1)의 정전 용량 밀도(Cz(Cs1))가 직렬암 공진자(s1)의 정전 용량 밀도(Cz(s1))와 동일해지는 바와 같은 전극 구성이 도시되어 있다. 도 20b의 (a)에서는 커패시터(Cs1)의 정전 용량을 확보하기 위해, 전극지의 피치(Pc1) 및 전극지 사이 갭(Sc1)을 좁게 하지 않고 전극지의 쌍 수를 많게 하고 있다. 또한, 도 20b의 (a)에서는 커패시터(Cs1)의 정전 용량을 확보하기 위해, 전극지의 피치(Pc1) 및 전극지 사이 갭(Sc1)을 좁게 하지 않고 전극지의 교차 폭을 크게 하고 있다. 식 5, 식 6, 도 20b의 (a) 및 (b)에 의하면, 전극지의 피치(Pc1) 및 전극지 사이 갭(Sc1)을 바꾸지 않고, 커패시터(Cs1)의 사이즈를 작게 하는 것은 불가능하다. 따라서, 커패시터(Cs1)의 정전 용량 밀도(Cz(Cs1))를 크게 하기 위해는 전극지의 피치(Pc1) 및 전극지 사이 갭(Sc1)을 좁게 하는 것이 필요하다.
도 21a는 전형예에서 빗살 용량의 전극지 피치와, 정전 용량값, 임피던스 및 용량 Q값의 관계를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 21b는 전형예에서 빗살 용량의 전극지 피치와, 단위 면적당 용량, 용량 Q값 및 자기 공진 주파수의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 21c는 전형예에서 빗살 용량의 전극지 피치에 대한 막 두께의 비율과, 단위 면적당 용량, 용량 Q값 및 자기 공진 주파수의 관계를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 21d는 전형예에서 빗살 용량의 듀티비와, 단위 면적당 용량, 용량 Q값 및 자기 공진 주파수의 관계를 나타내는 그래프이다. 한편, 도 21a~도 21c의 데이터에서 빗살 용량의 막 두께 및 빗살 용량의 듀티비는 일정하다.
도 21a 및 도 21b로부터, 전극 듀티를 일정하게 하여 전극지 피치를 작게 하면, 이하의 효과가 얻어진다.
(1) 자기 공진 주파수가 고주파수 측으로 시프트한다(도 21a의 중단 및 도 21b의 (c)).
(2) 용량 Q값이 향상된다(도 21a의 하단 및 도 21b의 (b)).
(3) 단위 면적당 정전 용량이 커진다(도 21b의 (a)). 이 때문에, 커패시터(Cs1) 사이즈가 작아진다.
또한, 커패시터(Cs1)에서의 복수개의 전극지의 막 두께(Tc1)는 직렬암 공진자(s1)에서의 복수개의 전극지의 막 두께(Tr1)보다 얇아도 된다. 도 21c에 나타내는 바와 같이, 전극지의 막 두께를 변화시켜도 정전 용량 밀도, 용량 Q값, 및 자기 공진 주파수 등의 용량 특성에 큰 변화는 없다. 단, 전극지의 막 두께를 얇게 함으로써, 전극지 피치를 좁게 하는 것이 가능해진다. 제조 상의 제약에 의해, 전극지의 막 두께는 전극지 피치의 40% 정도가 상한이다. 그 때문에, 전극지의 막 두께를 얇게 함으로써 전극지 피치를 좁게 할 수 있고, 도 21b에 나타내는 전극지 피치에 의한 효과가 한층 더 커진다.
또한, 커패시터(Cs1)의 빗살 용량 전극의 듀티비는 직렬암 공진자(s1)의 IDT 전극의 듀티비보다 커도 된다. 도 21d로부터, 전극의 듀티비를 크게 하면 정전 용량 밀도가 커지지만, 용량 Q값 및 자기 공진 주파수는 변하지 않는다. 그 때문에, 상기 구성으로 함으로써 빗살 용량 전극의 정전 용량 밀도를 높일 수 있으므로, 소형화 및 공간 절약화가 도모된다.
한편, 본 실시예에서는 직렬암 회로가 공진 회로로서 기능하고 있는 구성을 예시했는데, 예를 들면, 실시예 2에 따른 필터 장치(10B)와 같이, 병렬암 회로가 공진 회로로서 기능하고 있는 구성이어도 동일한 효과가 얻어진다.
즉, 커패시터(Cp1)의 전극지 사이 갭은 병렬암 공진자(p1)의 IDT 전극에서의 전극지 사이 갭보다 좁다. 이에 의하면, 커패시터(Cp1)의 정전 용량 밀도(Cz(Cp1))를 병렬암 공진자(p1)의 정전 용량 밀도(Cz(p1))보다도 크게 하면서 커패시터(Cp1)를 작게 하는 것이 가능해진다.
또한, 커패시터(Cp1)의 전극지 피치는 병렬암 공진자(p1)의 전극지 피치보다 좁아도 된다.
또한, 커패시터(Cp1)에서의 복수개의 전극지의 막 두께는 병렬암 공진자(p1)에서의 복수개의 전극지의 막 두께보다 얇아도 된다.
또한, 커패시터(Cp1)의 빗살 용량 전극의 듀티비는 병렬암 공진자(p1)의 IDT 전극의 듀티비보다 커도 된다.
한편, 각 소자(직렬암 공진자(s1), 병렬암 공진자(p1), 커패시터(Cs1 및 Cp1))에서 전극지 피치, 막 두께 및 듀티비 등은 균일하다고 한정되지는 않고, 제조 프로세스 등에 따른 편차에 의해 불균일해져 있거나 특성 등의 조정으로 인해 불균일해져 있는 경우가 있다. 이 때문에, 상기 각 소자에서는 이들을 구성하는 빗살 용량 전극 및 IDT 전극의 일부가 상술한 전극지 피치, 막 두께 및 듀티비 등의 관계를 만족하지 않는 경우도 있다. 그러나 상기 각 소자에서의 전극지 피치, 막 두께 및 듀티비의 관계는 대략 성립하고 있으면 되고, 예를 들면, 빗살 용량 전극 및 IDT 전극에서의 전극지 피치, 막 두께 및 듀티비 등의 평균값에서 성립하고 있으면 된다.
[1.13 실시예 15에 따른 필터 장치]
본 실시예에서는 상술한 실시예 1~11 중 어느 하나에 따른 필터 장치, 또는 실시예 12 혹은 13에 따른 멀티플렉서가 가지는 공진 회로(직렬암 회로 또는 병렬암 회로)를 구성하는 커패시터의 전극 구성에 대해 설명한다.
도 22a는 실시형태 1에 따른 필터 장치 및 멀티플렉서를 구성하는 커패시터의 전극 구조를 모식적으로 나타내는 도면이다. 구체적으로는, 동도면에는 실시예 1에 따른 직렬암 회로(11s)를 구성하는 커패시터(Cs1)의 기판 상에서의 전극 단면도가 도시되어 있다. 커패시터(Cs1)는 MIM(Metal Insulator Metal) 구조의 커패시터이다. 한편, 도 22a에 도시된 커패시터(Cs1)의 전극 절단면 구조는 전형적인 구조를 설명하기 위한 것이다. 또한, 실시예 1에 한정되지 않고, 그 밖의 실시예에 따른 공진 회로에서도 도 22a에 도시된 전극 구조가 적용된다.
동도면에 도시된 커패시터(Cs1)는 기판(102) 상에 형성된 제1 전극(106)과, 제1 전극(106)과 대향한 제2 전극(107)과, 제1 전극(106)과 제2 전극(107) 사이에 배치된 절연체(105)를 가진다.
도 22a에 도시된 MIM 구조의 커패시터의 정전 용량(CM)은 식 7로 나타난다.
Figure 112020029456282-pct00018
식 7에서 ε0은 진공 중의 유전율이고, SM은 제1 전극(103)과 제2 전극(104)의 대향하는 면적이며, d는 절연체(105)의 두께이다. 식 7에 의하면, 절연체(105)의 비유전율(εr)을 높이거나 또는/및 절연체(105)의 두께(d)를 얇게 함으로써, 단위 면적당 정전 용량값을 높일 수 있다. 이에 의하면, 커패시터(Cs1)의 정전 용량 밀도(Cz(Cs1))를 직렬암 공진자(s1)의 정전 용량 밀도(Cz(s1))보다도 크게 하면서 커패시터(Cs1)를 작게 하는 것이 가능해진다. 여기서, 절연체(105)의 비유전율(εr)은 압전 기판(102)의 비유전율보다 높은 것이 바람직하다.
도 22b는 빗살 전극형 커패시터 및 MIM형 커패시터의 용량, 임피던스, 용량 Q값을 비교한 그래프이다. 도 22b의 (c)에 나타내는 바와 같이, MIM형 커패시터는 빗살 용량형 커패시터보다도 고주파수 영역에서 용량 Q값이 높다는 특징이 있다. 또한, 전극 설계에 따르지만, 도 22b의 (b)에 나타내는 바와 같이, 자기 공진 주파수를 고주파 측에 위치시키는 것이 가능하다.
(실시형태 2)
실시형태 1에서 설명한 필터 장치 및 멀티플렉서는 사용 밴드 수가 많은 시스템에 대응하는 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치에 적용할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서는 이와 같은 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치에 대해 설명한다.
도 23a는 실시형태 2에 따른 통신 장치(6A)의 구성도이다. 동도면에 나타내는 바와 같이, 통신 장치(6A)는 고주파 프론트 엔드 회로(3A)와 RF 신호 처리 회로(RFIC)(4)와 베이스 밴드 신호 처리 회로(BBIC)(5)와 안테나 소자(2)를 포함한다.
고주파 프론트 엔드 회로(3A)는 실시예 1에 따른 필터 장치(10A)와 실시예 12에 따른 멀티플렉서(30A)와 수신 증폭 회로(51)와 스위치(41 및 42)를 포함한다. 고주파 프론트 엔드 회로(3A)는 안테나 소자(2)로 수신한 고주파 신호를 분파하는 수신계 프론트 엔드 회로이다.
스위치(41)는 공통 접속 단자와 복수개의 선택 단자를 가지며, 상기 공통 접속 단자는 안테나 소자(2)에 접속되고, 상기 복수개의 선택 단자 중 제1 선택 단자에는 필터 장치(10A)가 접속되며, 상기 복수개의 선택 단자 중 제2 선택 단자에는 다른 필터가 접속되고, 상기 복수개의 선택 단자 중 제3 선택 단자에는 멀티플렉서(30A)가 접속되어 있다. 상기 구성에 의해, 스위치(41)는 안테나 소자(2)와, 필터 장치(10A), 상기 다른 필터, 및 멀티플렉서(30A)의 도통 및 비도통을 전환한다.
스위치(42)는 공통 접속 단자와 복수개의 선택 단자를 가지며, 상기 공통 접속 단자는 수신 증폭 회로(51)에 접속되고, 상기 복수개의 선택 단자 중 제1 선택 단자에는 필터 장치(10A)가 접속되며, 상기 복수개의 선택 단자 중 제2 선택 단자에는 다른 필터가 접속되고, 상기 복수개의 선택 단자 중 제3 선택 단자에는 멀티플렉서(30A)를 구성하는 한쪽 필터가 접속되며, 상기 복수개의 선택 단자 중 제4 선택 단자에는 멀티플렉서(30A)를 구성하는 다른 쪽 필터가 접속되어 있다. 상기 구성에 의해, 스위치(42)는 필터 장치(10A), 상기 다른 필터, 멀티플렉서(30A)의 한쪽 필터, 및 멀티플렉서(30A)의 다른 쪽 필터와 수신 증폭 회로(51)의 도통 및 비도통을 전환한다.
한편, 멀티플렉서(30A)에는 공통 단자와 2개의 필터 사이에 임피던스 정합 회로, 이상기, 서큘레이터, 또는 둘 이상의 필터를 선택할 수 있는 스위치 소자 등이 접속되어 있어도 된다.
또한, 필터 장치(10A) 및 멀티플렉서(30A)의 전단(前段) 또는 후단(後段)에, 임피던스 정합 회로가 배치되어 있어도 된다.
또한, 고주파 프론트 엔드 회로(3A)는 필터 장치(10A) 및 멀티플렉서(30A) 쌍방을 가지고 있지 않아도 되고, 어느 한쪽만 가지고 있으면 된다.
또한, 고주파 프론트 엔드 회로(3A)는 실시예 1에 따른 필터 장치(10A) 대신에 실시예 2~11에 따른 필터 장치 중 어느 하나를 가지고 있어도 되고, 또한 실시예 12에 따른 멀티플렉서(30A) 대신에 실시예 13에 따른 멀티플렉서(30B)를 가지고 있어도 된다.
수신 증폭 회로(51)는 필터 장치(10A), 상기 다른 필터, 및 멀티플렉서(30A)의 각 통과 대역의 고주파 수신 신호의 전력을 증폭시키는 로우 노이즈 앰프이다.
RF 신호 처리 회로(RFIC)(4)는 안테나 소자(2)로 송수신되는 고주파 신호를 처리하는 회로이다. 구체적으로는, RF 신호 처리 회로(RFIC)(4)는 안테나 소자(2)로부터 수신 측 신호 경로를 통해 입력된 고주파 신호(여기서는 고주파 수신 신호)를 다운 컨버트 등에 의해 신호 처리하고, 상기 신호 처리하여 생성된 수신 신호를 베이스 밴드 신호 처리 회로(BBIC)(5)에 출력한다. 또한, RF 신호 처리 회로(RFIC)(4)는 베이스 밴드 신호 처리 회로(BBIC)(5)로부터 입력된 송신 신호를 업 컨버트 등에 의해 신호 처리하고, 상기 신호 처리하여 생성된 고주파 신호(여기서는 고주파 송신 신호)를 송신 측 신호 경로(도 23a에는 도시하지 않음)에 출력한다.
상기 구성에 의하면, 필터 장치(10A) 및 멀티플렉서(30A)의 통과 대역 내의 삽입 손실을 저감함과 함께, 필터 장치(10A) 및 멀티플렉서(30A)를 소형화할 수 있다. 따라서, 고주파 프론트 엔드 회로(3A)에서의 이득이 향상됨과 함께, 고주파 프론트 엔드 회로(3A)를 소형화할 수 있다. 또한, 통신 장치(6A)의 통신 품질을 향상시키고, 사이즈를 소형화할 수 있다.
도 23b는 실시형태 2의 변형예에 따른 통신 장치(6B)의 구성도이다. 동도면에 나타내는 바와 같이, 통신 장치(6B)는 고주파 프론트 엔드 회로(3B)와 RF 신호 처리 회로(RFIC)(4)와 베이스 밴드 신호 처리 회로(BBIC)(5)와 안테나 소자(2)를 포함한다.
고주파 프론트 엔드 회로(3B)는 멀티플렉서(30)와 송신 증폭 회로(51T)와 수신 증폭 회로(51R)와 스위치(43 및 44)를 포함한다. 고주파 프론트 엔드 회로(3B)는 안테나 소자(2)로 수신한 고주파 신호를 분파, 및 RFIC(4)로 생성된 고주파 신호를 합파하는 송수신계 프론트 엔드 회로이다.
멀티플렉서(30)는 제1 듀플렉서 및 제2 듀플렉서가 공통 단자에 접속되어 있다. 제1 듀플렉서는 제1 송신용 필터 및 제1 수신용 필터를 가지고 있다. 또한, 제2 듀플렉서는 제2 송신용 필터 및 제2 수신용 필터를 가지고 있다. 제1 송신용 필터, 제1 수신용 필터, 제2 송신용 필터, 및 제2 수신용 필터 중 적어도 하나에는 실시예 1~11 중 어느 하나에 따른 필터 장치가 적용된다. 한편, 제1 듀플렉서와 제2 듀플렉서 사이, 제1 송신용 필터와 제1 수신용 필터 사이, 및 제2 송신용 필터와 제2 수신용 필터 사이에는 임피던스 정합 회로, 이상기, 서큘레이터, 또는 둘 이상의 필터를 선택할 수 있는 스위치 소자 등이 접속되어 있어도 된다.
또한, 멀티플렉서(30)의 전단 또는 후단에 임피던스 정합 회로가 배치되어 있어도 된다.
또한, 멀티플렉서(30)는 듀플렉서로 구성되어 있지 않아도 되고, 송신용 필터 단체와 수신용 필터 단체로 구성되어 있어도 된다.
스위치(43)는 공통 접속 단자와 복수개의 선택 단자를 가지며, 상기 공통 접속 단자는 송신 증폭 회로(51T)에 접속되고, 상기 복수개의 선택 단자 중 제1 선택 단자에는 제1 송신용 필터가 접속되며, 상기 복수개의 선택 단자 중 제2 선택 단자에는 제2 송신용 필터가 접속되어 있다. 상기 구성에 의해, 스위치(43)는 송신 증폭 회로(51T)와, 제1 송신용 필터 및 제2 송신용 필터의 도통 및 비도통을 전환한다.
스위치(44)는 공통 접속 단자와 복수개의 선택 단자를 가지며, 상기 공통 접속 단자는 수신 증폭 회로(51R)에 접속되고, 상기 복수개의 선택 단자 중 제1 선택 단자에는 제1 수신용 필터가 접속되며, 상기 복수개의 선택 단자 중 제2 선택 단자에는 제2 수신용 필터가 접속되어 있다. 상기 구성에 의해, 스위치(44)는 수신 증폭 회로(51R)와, 제1 수신용 필터 및 제2 수신용 필터의 도통 및 비도통을 전환한다.
송신 증폭 회로(51T)는 제1 송신용 필터 및 제2 송신용 필터의 각 통과 대역의 고주파 송신 신호의 전력을 증폭시키는 파워 앰프이다. 수신 증폭 회로(51R)는 제1 수신용 필터 및 제2 수신용 필터의 각 통과 대역의 고주파 수신 신호의 전력을 증폭시키는 로우 노이즈 앰프이다.
상기 구성에 의하면, 멀티플렉서(30)의 통과 대역 내의 삽입 손실을 저감함과 함께, 멀티플렉서(30)를 소형화할 수 있다. 따라서, 고주파 프론트 엔드 회로(3B)에서의 이득이 향상됨과 함께, 고주파 프론트 엔드 회로(3B)를 소형화할 수 있다. 또한, 통신 장치(6B)의 통신 품질을 향상시키고, 사이즈를 소형화할 수 있다.
(그 밖의 실시형태)
이상, 본 발명에 따른 필터 장치, 멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치에 대해 실시형태 1 및 2를 들어 설명했는데, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태에서의 임의의 구성 요소를 조합하여 실현되는 다른 실시형태나, 상기 실시형태에 대하여 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서 당업자가 생각해내는 각종 변형을 실시하여 얻어지는 변형예나, 본 발명에 따른 필터 장치, 멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치를 내장한 각종 기기도 본 발명에 포함된다.
한편, 상기 실시형태 1 및 2에서 직렬암 회로 및 병렬암 회로는 이하와 같이 정의된다.
병렬암 회로는 제1 입출력 단자 및 제2 입출력 단자를 잇는 경로 상의 하나의 노드와, 그라운드 사이에 배치된 회로이다.
직렬암 회로는 제1 입출력 단자 또는 제2 입출력 단자와, 병렬암 회로가 접속되는 상기 경로 상의 노드 사이에 배치된 회로, 또는 하나의 병렬암 회로가 접속되는 상기 경로 상의 하나의 노드와, 다른 병렬암 회로가 접속되는 상기 경로 상의 다른 노드 사이에 배치된 회로이다.
또한, 실시형태 2에서의 듀플렉서란, FDD 방식에서 한쪽 필터에 송신 신호가 흐르고, 다른 쪽 필터에 수신 신호가 흐르는 멀티플렉서만을 가리키는 것이 아닌, TDD 방식에서 한쪽 필터에 송신 신호가 흐르고, 다른 쪽 필터에 수신 신호가 흐르는 멀티플렉서에도 적용된다.
또한, 예를 들면, 실시예 9의 스위치(SWp1), 고주파 프론트 엔드 회로(3A)의 스위치(41, 42), 및 고주파 프론트 엔드 회로(3B)의 스위치(43, 44) 등의 스위치의 온 및 오프를 전환하는 제어부는 RFIC(4)에 마련되어 있어도 된다. 혹은, RFIC(4)의 외부에 마련되어 있어도 되고, 예를 들면, 고주파 프론트 엔드 회로(3A 및 3B) 중 어느 하나에 마련되어 있어도 상관없다. 즉, 고주파 프론트 엔드 회로(3A 및 3B)는 상기 설명한 구성에 한정되지 않고, 실시형태 1에 따른 필터 장치와, 상기 필터 장치가 포함하는 스위치의 온 및 오프를 제어하는 제어부를 포함해도 상관없다.
또한, 예를 들면, 고주파 프론트 엔드 회로(3A, 3B), 또는 통신 장치(6A, 6B)에서 각 구성 요소 사이에 인덕터나 커패시터가 접속되어 있어도 상관없다. 한편, 인덕터에는 각 구성 요소 사이를 연결하는 배선에 의한 배선 인덕터가 포함되어도 된다.
또한, 실시예 9에 따른 스위치(SWp1)는 SPST(Single Pole Single Throw)형 스위치 소자이고, 예를 들면, GaAs 혹은 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)로 이루어지는 FET(Field Effect Transistor) 스위치, 또는 다이오드 스위치이며, 스위치 IC(Integrated Circuit)로서 구성된다. 한편, 스위치 소자는 반도체 스위치에 한정되지 않고, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)로 구성된 기계식 스위치이어도 상관없다. 이와 같은 스위치는 소형이기 때문에, 실시형태 1에 따른 필터 장치를 소형화할 수 있다.
또한, 실시형태 1에 따른 필터 장치 및 멀티플렉서가 포함하는 직렬암 공진자 및 병렬암 공진자는 탄성파를 이용한 탄성파 공진자이며, 예를 들면, 탄성 표면파(SAW: Surface Acoustic Wave)를 이용한 공진자, 벌크 탄성파(BAW: Bulk Acoustic Wave)를 이용한 공진자, FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator), 혹은 SMR(Solidly Mounted Resonator) 등이다. 이로써, 선택도가 높고, 소형인 필터 장치를 실현할 수 있다. 한편, 탄성 표면파는 압전체의 표면, 혹은 복수개의 재료의 계면에 탄성파의 전파를 실시하는 것을 가리키고, IDT 전극을 이용하여 구성되는 다양한 종류의 탄성파를 가리킨다. 탄성 표면파에는 예를 들면, 표면파, 러브파, 리키파(leaky wave), 레일리파, 경계파, 누설 SAW, 의사(疑似) SAW, 판파도 포함된다.
또한, 실시형태 1 및 2에서의 "그라운드"란, 기준 전극을 가리키고, 예를 들면, 실시형태 1에 따른 필터 장치에서의 기준이 되는 전위를 가지는 전극이다.
본 발명은 필터 특성을 유지하면서 소형화된 필터 장치, 멀티플렉서, 프론트 엔드 회로 및 통신 장치로서, 휴대전화 등의 통신기기에 널리 이용할 수 있다.
2: 안테나 소자
3A, 3B: 고주파 프론트 엔드 회로
4: RF 신호 처리 회로(RFIC)
5: 베이스 밴드 신호 처리 회로(BBIC)
6A, 6B: 통신 장치
10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F, 10G, 10H, 10J, 10K, 10L, 500A, 500B, 500C, 500D, 500E, 500F: 필터 장치
10M, 10N, 20: 필터
11p, 12p, 13p, 14p, 25: 병렬암 회로
11s, 12s, 13s, 14s, 15s, 16s, 17s: 직렬암 회로
15p: 공진 회로
15sw: 스위치 회로
30, 30A, 30B: 멀티플렉서
41, 42, 43, 44, SWp1: 스위치
51, 51R: 수신 증폭 회로
51T: 송신 증폭 회로
100, 102: 기판
101: 전극막
103, 103b, 104: 보호층
103a: 제1 조정막
105: 절연체
106: 제1 전극
107: 제2 전극
111: IDT 전극
112: 반사기
211, 212, 213, 214, 215: 금속막
Cp1, Cp2, Cs1, Cs4, Cyp1: 커패시터
Lm1, Lp2: 인덕터
p1, p2, p3: 병렬암 공진자
s1, s2, s3, s4: 직렬암 공진자
T0: 공통 단자
T1, T12, T2, T22: 입출력 단자

Claims (19)

  1. 제1 입출력 단자, 제2 입출력 단자를 가지는 필터 장치로서,
    상기 제1 입출력 단자와 상기 제2 입출력 단자를 잇는 경로 상에 마련된 직렬암(series arm) 회로와,
    상기 경로 상의 노드 및 그라운드에 접속된 병렬암(parallel arm) 회로를 포함하고,
    상기 직렬암 회로 및 상기 병렬암 회로 중 적어도 한쪽 회로만이 공진 회로를 가지며,
    상기 직렬암 회로 및 상기 병렬암 회로 중 적어도 한쪽의 회로는 공진 회로를 가지며,
    상기 공진 회로는,
    제1 탄성파 공진자와,
    상기 제1 탄성파 공진자와 병렬 접속되면서 상기 제1 탄성파 공진자의 단위 면적당 정전 용량값보다도 단위 면적당 정전 용량값이 큰 제1 커패시터를 가지며,
    상기 직렬암 회로 및 상기 병렬암 회로 중 다른 쪽 회로는 커패시터가 병렬 접속되지 않은 제2 탄성파 공진자를 가지며,
    탄성파 공진자의 반공진 주파수와 상기 탄성파 공진자의 공진 주파수의 주파수 차를 상기 탄성파 공진자의 공진 주파수로 나눈 값을 상기 탄성파 공진자의 비대역 폭으로 정의한 경우, 상기 제1 탄성파 공진자의 비대역 폭은 상기 제2 탄성파 공진자의 비대역 폭보다 큰, 필터 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 직렬암 회로 및 상기 병렬암 회로 중 한쪽 회로만이 상기 공진 회로를 가지며,
    상기 직렬암 회로 및 상기 병렬암 회로 중 다른 쪽 회로는 커패시터가 병렬 접속되지 않은 제2 탄성파 공진자를 가지며,
    상기 공진 회로의 정전 용량은 상기 제2 탄성파 공진자의 정전 용량보다 큰, 필터 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    탄성파 공진자의 반공진 주파수와 상기 탄성파 공진자의 공진 주파수의 주파수 차를 상기 탄성파 공진자의 공진 주파수로 나눈 값을 상기 탄성파 공진자의 비대역 폭으로 정의하며,
    공진 회로의 임피던스가 극소인 주파수를 상기 공진 회로의 공진 주파수, 상기 공진 회로의 임피던스가 극대인 주파수를 상기 공진 회로의 반공진 주파수로 하고, 상기 공진 회로의 반공진 주파수와 상기 공진 회로의 공진 주파수의 주파수 차를 상기 공진 회로의 공진 주파수로 나눈 값을 상기 공진 회로의 비대역 폭으로 정의한 경우,
    상기 공진 회로의 비대역 폭은 상기 제2 탄성파 공진자의 비대역 폭 이하인, 필터 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 입출력 단자와 상기 제2 입출력 단자를 잇는 경로 상에 마련된 하나 이상의 상기 직렬암 회로와,
    상기 경로 상의 각 노드와 그라운드에 접속된 하나 이상의 상기 병렬암 회로와,
    상기 하나 이상의 직렬암 회로 및 상기 하나 이상의 병렬암 회로 중 둘 이상의 회로에 배치된 복수개의 상기 공진 회로를 포함하고,
    상기 하나 이상의 직렬암 회로와 상기 하나 이상의 병렬암 회로는 다단(多段)의 래더(ladder)형 필터 회로를 구성하는, 필터 장치.
  5. 제1 입출력 단자, 제2 입출력 단자를 가지는 필터 장치로서,
    상기 제1 입출력 단자와 상기 제2 입출력 단자를 잇는 경로 상에 마련된 직렬암 회로와,
    상기 경로 상의 노드 및 그라운드에 접속된 병렬암 회로를 포함하고,
    상기 직렬암 회로 및 상기 병렬암 회로 중 적어도 한쪽 회로는 공진 회로를 가지며,
    상기 공진 회로는,
    제1 탄성파 공진자와,
    상기 제1 탄성파 공진자와 병렬 접속되면서 상기 제1 탄성파 공진자의 단위 면적당 정전 용량값보다도 단위 면적당 정전 용량값이 큰 제1 커패시터를 가지며,
    상기 병렬암 회로는,
    상기 공진 회로와,
    상기 공진 회로에 직렬로 접속된 스위치 회로를 가지며,
    상기 스위치 회로는,
    제2 커패시터 또는 인덕터 중 한쪽인 임피던스 소자와,
    상기 임피던스 소자에 병렬로 접속된 스위치 소자를 가지는, 필터 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공진 회로를 가지는 상기 직렬암 회로 및 상기 병렬암 회로 중 한쪽은,
    복수개의 상기 공진 회로를 가지며,
    상기 복수개의 공진 회로는 직렬로 접속되는, 필터 장치.
  7. 제1항 내지 제3항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공진 회로를 가지는 상기 직렬암 회로 및 상기 병렬암 회로 중 한쪽은 상기 제1 입출력 단자 및 상기 제2 입출력 단자 중 전력이 인가되는 단자에 탄성파 공진자를 가지는 직렬암 회로 및 탄성파 공진자를 가지는 병렬암 회로를 개재하지 않고 접속되는, 필터 장치.
  8. 제1 입출력 단자, 제2 입출력 단자를 가지는 필터 장치로서,
    상기 제1 입출력 단자와 상기 제2 입출력 단자를 잇는 경로 상에 마련된 직렬암 회로와,
    상기 경로 상의 노드 및 그라운드에 접속된 병렬암 회로를 포함하고,
    상기 직렬암 회로 및 상기 병렬암 회로 중 적어도 한쪽 회로는 공진 회로를 가지며,
    상기 공진 회로는,
    제1 탄성파 공진자와,
    상기 제1 탄성파 공진자와 병렬 접속되면서 상기 제1 탄성파 공진자의 단위 면적당 정전 용량값보다도 단위 면적당 정전 용량값이 큰 제1 커패시터를 가지며,
    상기 제1 탄성파 공진자는,
    압전성을 가지는 기판과,
    상기 압전성을 가지는 기판 상에 형성된 복수개의 전극지(電極指)로 이루어지는 IDT 전극을 가지는 탄성 표면파 공진자이고,
    상기 제1 커패시터는,
    상기 압전성을 가지는 기판 상에 형성된, 복수개의 전극지로 이루어지는 빗살(櫛齒) 용량을 가지며,
    상기 빗살 용량에서의 상기 복수개의 전극지의 전극지 사이 갭은 상기 IDT 전극에서의 상기 복수개의 전극지의 전극지 사이 갭보다 좁은, 필터 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 빗살 용량에서의 상기 복수개의 전극지의 반복 피치는 상기 IDT 전극에서의 상기 복수개의 전극지의 반복 피치보다 좁은, 필터 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 빗살 용량에서의 상기 복수개의 전극지의 막 두께는 상기 IDT 전극에서의 상기 복수개의 전극지의 막 두께보다 얇은, 필터 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    복수개의 전극지의 피치에 대한 복수개의 전극지의 폭의 비를 듀티비로 정의한 경우, 상기 빗살 용량의 듀티비는 상기 IDT 전극의 듀티비보다 큰, 필터 장치.
  12. 제1 입출력 단자, 제2 입출력 단자를 가지는 필터 장치로서,
    상기 제1 입출력 단자와 상기 제2 입출력 단자를 잇는 경로 상에 마련된 직렬암 회로와,
    상기 경로 상의 노드 및 그라운드에 접속된 병렬암 회로를 포함하고,
    상기 직렬암 회로 및 상기 병렬암 회로 중 적어도 한쪽 회로는 공진 회로를 가지며,
    상기 공진 회로는,
    제1 탄성파 공진자와,
    상기 제1 탄성파 공진자와 병렬 접속되면서 상기 제1 탄성파 공진자의 단위 면적당 정전 용량값보다도 단위 면적당 정전 용량값이 큰 제1 커패시터를 가지며,
    상기 제1 탄성파 공진자는,
    압전성을 가지는 기판 상과,
    상기 압전성을 가지는 기판 상에 형성된 복수개의 전극지로 이루어지는 IDT 전극을 가지는 탄성 표면파 공진자이고,
    상기 제1 커패시터는,
    제1 전극과,
    상기 제1 전극과 대향한 제2 전극과,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 절연체를 가지며,
    상기 절연체의 유전율은 상기 압전성을 가지는 기판의 유전율보다 높은, 필터 장치.
  13. 제1 입출력 단자, 제2 입출력 단자를 가지는 필터 장치로서,
    상기 제1 입출력 단자와 상기 제2 입출력 단자를 잇는 경로 상에 마련된 직렬암 회로와,
    상기 경로 상의 노드 및 그라운드에 접속된 병렬암 회로를 포함하고,
    상기 직렬암 회로 및 상기 병렬암 회로 중 적어도 한쪽 회로는 공진 회로를 가지며,
    상기 공진 회로는,
    제1 탄성파 공진자와,
    상기 제1 탄성파 공진자와 병렬 접속되면서 상기 제1 탄성파 공진자의 단위 면적당 정전 용량값보다도 단위 면적당 정전 용량값이 큰 제1 커패시터를 가지며,
    상기 제1 커패시터는,
    제1 전극과,
    상기 제1 전극과 대향한 제2 전극과,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 절연체를 가지며,
    상기 제1 탄성파 공진자는,
    제3 전극과,
    상기 제3 전극과 대향한 제4 전극과,
    상기 제3 전극과 상기 제4 전극 사이에 배치된 압전체를 가지며,
    상기 절연체의 유전율은 상기 압전체의 유전율보다 높은, 필터 장치.
  14. 제1 입출력 단자, 제2 입출력 단자를 가지는 필터 장치로서,
    상기 제1 입출력 단자와 상기 제2 입출력 단자를 잇는 경로 상에 마련된 직렬암 회로와,
    상기 경로 상의 노드 및 그라운드에 접속된 병렬암 회로를 포함하고,
    상기 직렬암 회로 및 상기 병렬암 회로 중 적어도 한쪽 회로는 공진 회로를 가지며,
    상기 공진 회로는,
    제1 탄성파 공진자와,
    상기 제1 탄성파 공진자와 병렬 접속되면서 상기 제1 탄성파 공진자의 단위 면적당 정전 용량값보다도 단위 면적당 정전 용량값이 큰 제1 커패시터를 가지며,
    상기 제1 커패시터는,
    제1 전극과,
    상기 제1 전극과 대향한 제2 전극과,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 절연체를 가지며,
    상기 제1 탄성파 공진자는,
    제3 전극과,
    상기 제3 전극과 대향한 제4 전극과,
    상기 제3 전극과 상기 제4 전극 사이에 배치된 압전체를 가지며,
    상기 절연체의 막 두께는 상기 압전체의 막 두께보다 얇은, 필터 장치.
  15. 제1항 또는 제3항에 기재된 필터 장치를 포함하는 복수개의 필터를 포함하고,
    상기 복수개의 필터 각각의 입력 단자 및 출력 단자 중 한쪽은 공통 단자에 직접적 또는 간접적으로 접속되는, 멀티플렉서.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 필터 장치의 상기 입력 단자 및 출력 단자 중 한쪽은,
    상기 공진 회로를 가지는 상기 직렬암 회로 및 상기 병렬암 회로 중 한쪽과, 탄성파 공진자를 가지는 직렬암 회로 및 탄성파 공진자를 가지는 병렬암 회로를 개재하지 않고 접속되며,
    상기 필터 장치를 제외한 상기 복수개의 필터 중 적어도 하나는 상기 필터 장치의 통과 대역의 주파수보다 높은 통과 대역을 가지는, 멀티플렉서.
  17. 제1항 또는 제3항에 기재된 필터 장치, 또는 제15항에 기재된 멀티플렉서와,
    상기 필터 장치 또는 상기 멀티플렉서에 직접적 또는 간접적으로 접속된 증폭 회로를 포함하는, 고주파 프론트 엔드 회로.
  18. 복수개의 필터를 가지는 멀티플렉서를 포함하는 고주파 프론트 엔드 회로로서,
    상기 복수개의 필터 각각의 입력 단자 및 출력 단자 중 한쪽은 공통 단자에 직접적 또는 간접적으로 접속되고,
    상기 복수개의 필터에 포함되는 필터 장치는,
    제1 입출력 단자, 제2 입출력 단자를 가지는 필터 장치로서,
    상기 제1 입출력 단자와 상기 제2 입출력 단자를 잇는 경로 상에 마련된 직렬암 회로와,
    상기 경로 상의 노드 및 그라운드에 접속된 병렬암 회로를 포함하고,
    상기 직렬암 회로 및 상기 병렬암 회로 중 적어도 한쪽 회로는 공진 회로를 가지며,
    상기 공진 회로는,
    제1 탄성파 공진자와,
    상기 제1 탄성파 공진자와 병렬 접속되면서 상기 제1 탄성파 공진자의 단위 면적당 정전 용량값보다도 단위 면적당 정전 용량값이 큰 제1 커패시터를 가지며,
    상기 필터 장치의 상기 제1 입출력 단자 및 상기 제2 입출력 단자 중 한쪽은,
    상기 공진 회로를 가지는 상기 직렬암 회로 및 상기 병렬암 회로 중 한쪽과, 탄성파 공진자를 가지는 직렬암 회로 및 탄성파 공진자를 가지는 병렬암 회로를 개재하지 않고 접속되며,
    상기 필터 장치를 제외한 상기 복수개의 필터 중 적어도 하나는 상기 필터 장치의 통과 대역의 주파수보다 높은 통과 대역을 가지며,
    상기 고주파 프론트 엔드 회로는 상기 필터 장치 또는 상기 멀티플렉서에 직접적 또는 간접적으로 접속된 증폭 회로를 더 포함하는, 고주파 프론트 엔드 회로.
  19. 안테나 소자에서 송수신되는 고주파 신호를 처리하는 RF 신호 처리 회로와,
    상기 안테나 소자와 상기 RF 신호 처리 회로 사이에서 상기 고주파 신호를 전달하는 제17항에 기재된 고주파 프론트 엔드 회로를 포함하는, 통신 장치.
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