KR19980070285A - 임피던스 회로들에 의해 생성된 감쇠극들을 가진 표면 탄성파필터들 - Google Patents

임피던스 회로들에 의해 생성된 감쇠극들을 가진 표면 탄성파필터들 Download PDF

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Abstract

표면 탄성파 필터는 연결된 2-포트 임피던스 회로를 2-포트 표면 탄성파 공진기 필터회로와 병렬 또는 직렬로 결합한다. 상기 2-포트 임피던스 회로는, 단락회로 임피던스와 동일한 상기 표면 탄성파 필터의 개방회로 임피던스를 만듦으로써, 감쇠극을 생성시키는 임피던스를 갖는다. 정지대역 주파수들의 넓은 범위에 걸친 높은 감쇠는 이러한 방식으로 얻어지며, 통과대역과 정지대역간의 급경사 롤-오프와 결합된다.

Description

임피던스 회로들에 의해 생성된 감쇠극들을 가진 표면 탄성파 필터들
본 발명은 일반적으로 극들을 갖는 표면 탄성파 필터들에 관한 것으로, 특히 예컨대, 이동 통신장치에 사용된 공진형 표면 탄성파 필터들에 관한 것이다.
집적회로들과 같이, 아래에 SAW 필터들이라 기술된, 표면 탄성파 필터들은 작고 가벼우며, 쉽게 대량 생산될수 있다. 이러한 이유들로, SAW 필터들은 휴대용 전화기들과 무선 호출기들과 같은 장치들에서 무선 -주파수 (RF) 필터들로 널리 사용된다.
예컨대, 코드 분할 다중 액세스 (CDMA) 형 휴대용 전화기는 하나의 주파수 대역에서 송신하고, 인접한 주파수 대역에서 수신한다. 상기 휴대용 전화기는, 따라서, 1 쌍의 필터들을 갖는 안테나 송수 전환기를 필요로 하며, 그중 하나의 필터는 송신 대역에서는 주파수들을 통과시키고 수신 대역에서는 주파수들을 반사시키는 반면, 다른 하나의 필터는 반대의 기능을 수행한다. 각 필터는 통과 대역과 인접한 정지 대역 사이의 저대역 삽입 손실과 급경사 롤-오프, 그리고 정지 대역의 전체의 폭에 걸친 높은 감쇠를 제공해야 한다. 종래에는, 이러한 요구 조건들은 사다리형 필터를 사용함으로써 만족되었으며, 상기 사다리형 필터는 1개 이상의 직렬-암 SAW 공진기들과 1개 이상의 직렬-암 SAW 공진기들을 포함하고, 상기 사다리형 필터의 송신 기능에서의 극들에 의해 발생된 정지 대역 감쇠를 갖는다.
그러나, 이동 통신장치의 기능에 대한 욕구가 점증함에 따라, 사다리형 SAW 필터에 만족하는 상기 요구 조건들을 얻는다는 것이 어려워지고 있다. 한 이유는 대역폭, 삽입 손실, 정지 대역 감쇠와, 롤-오프의 급경사는 SAW 공진기들이 형성되는 압전 기판의 성질들에 의존한다. 필요한 만큼 높은 감쇠를 갖는 넓은 정지 대역들을 제공하는 것이, 특히, 어렵다.
이러한 문제점들은 사다리형 SAW 필터에서의 SAW 공진기들의 통과 대역과 정지 대역들 그리고 공진 주파수들 (직렬 공진 주파수들) 과 반공진 주파수들 (병렬 공진 주파수들) 사이의 관계들을 사용함으로써 해결하는 것이 어려운데, 그 이유는 통과 대역과 정지 대역들의 폭, 배치와, 간격상의 제한들 때문이다. 높은 감쇠를 갖는 넓은 정지 대역들을 통과 대역에 근접하게 배치시키고, 통과 대역에서의 낮은 삽입 손실을 .여전히 유지시키는 것이 특히 어렵다.
본 발명의 일반적인 목적은 극들을 갖는 사다리형 SAW 필터들의 주파수 특성들을 개선시키는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 정지 대역 주파수들의 넓은 범위에 걸쳐 높은 정지 대역 감쇠를 얻는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 통과 대역과 정지 대역간의 급경사 롤-오프를 얻는 것이다.
본 발명의 첫번째 특징에 따르면, 표면 탄성파 필터는 병렬로 연결된 2-포트 표면 탄성파 공진기 필터회로와 2-포트 임피던스 회로를 포함한다. 상기 2-포트 표면 탄성파 공진기 필터회로는 이상기, 적어도 하나의 직렬-암 표면 탄성파 공진기와, 적어도 하나의 병렬-암 표면 탄성파 공진기를 갖는다. 상기 2-포트 임피던스 회로는, 단락회로 임피던스와 동일한 표면 탄성파 필터의 개방회로 임피던스를 만듦으로써, 감쇠극을 생성시키는 임피던스를 갖는다.
본 발명의 두번째 특징에 따르면, 표면 탄성파 필터는 직렬로 연결된 2-포트 표면 탄성파 공진기 필터회로와 2-포트 임피던스 회로를 포함한다. 상기 2-포트 표면 탄성파 공진기 필터회로는 2개의 직렬-암 표면 탄성파 공진기들과 2개의 병렬-암 표면 탄성파 공진기들을 갖는다. 상기 첫번째 특징에서처럼, 상기 2-포트 임피던스 회로는, 단락회로 임피던스와 동일한 표면 탄성파 필터의 개방회로 임피던스를 만듦으로써, 감쇠극을 생성시키는 임피던스를 갖는다.
본 발명의 양 특징들에서, 임피던스 회로에 의해 생성된 감쇠극은 정지 대역 감쇠를 증가시킴으로써 필터의 주파수 특성을 개선시키고, 정지 대역 주파수들의 넓은 범위에 걸친 높은 감쇠와, 통과 대역과 정지 대역간의 급경사 롤-오프를 얻도록 한다.
도 1 은 무선 통신장치의 전단부의 사시도.
도 2 는 도 1 상의 수신 SAW 필터용으로 적합한 본 발명의 실시예 1 의 배선도.
도 3 은 도 2 를 병렬로 연결된 1쌍의 2-포트 회로들로 재도시한 도면.
도 4 는 도 2 를 개방회로 출력단자들의 경우에 대해 재도시한 도면.
도 5 는 도 2 를 단락회로 출력단자들의 경우에 대해 재도시한 도면.
도 6 은 다양한 용량값들에 대한 실시예 1 의 주파수 특성을 나타내는 도면.
도 7 은 도 1 상의 수신 SAW 필터용으로 적합한 본 발명의 실시예 2 의 배선도.
도 8 은 도 7 에서와 유사한 SAW 공진기들을 갖는 종래의 필터의 배선도.
도 9 는 도 7 과 도 8 상의 필터들의 주파수 특성들을 비교하는 도면.
도 10 은 도 1 상의 송신 SAW 필터용으로 적합한 실시예 3 의 배선도.
도 11 은 도 10 을 직렬로 연결된 1쌍의 2-포트 회로들로 재도시한 도면.
도 12 는 임피던스 회로로서의 본딩선의 사용을 예시하는, 실시예 3 의 교대 배치형 변환기 패턴들의 단순도.
도 13 은 도 10 상의 SAW 공진기들의 등가회로.
도 14 는 도 13 의 왼쪽 절반을 예시하는 도면.
도 15 는 임피던스 회로를 갖지 않는 종래의 필터를 예시하는 도면.
도 16 은 도 15 상의 SAW 공진기들의 등가회로.
도 17 은 도 15 상의 종래의 필터에 대한 개방회로와 단락회로 주파수 특성들을 나타내는 도면.
도 18 은 실시예 3 에 대한 개방회로와 단락회로 주파수 특성들을 나타내는 도면.
도 19 는 도 15 와 실시예 3 에서의 필터의 주파수 특성들을 비교하는 도면.
도 20 은 도 19 상의 비교를 요약하는 도면.
도 21 은 3개의 병렬-암 SAW 공진기들과 단일 인덕터를 갖는 4-단 필터의 배선도.
도 22 는 3개의 병렬-암 SAW 공진기들과 단일 인덕터를 갖는 5-단 필터의 배선도.
도 23 은 도 1 상의 송신 SAW 필터용으로 적합한 본 발명의 실시예 4 의 배선도.
도 24 는 도 22 와 도 23 에서의 필터들의 주파수 특성들을 비교하는 도면.
도 25 는 도 1 상의 송신 SAW 필터용으로 적합한 본 발명의 실시예 5 의 배선도.
도 26 ∼ 도 29 는 도 3 상의 2-포트 임피던스 회로의 다른 구성들을 나타내는 도면.
도 30 ∼ 도 33 은 도 11 상의 2-포트 임피던스 회로의 다른 구성들을 나타내는 도면.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
6 : 수신 필터 10 : 이상기
12, 14 : 직렬-암 SAW 공진기 16 : 병렬-암 SAW 공진기
18 : 인덕터 20 : 캐패시터
22 : 입력단자 24, 28 : 접지단자
26 : 출력단자
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명이 실시될수 있는 시스템의 한 예로서, 도 1 은 휴대용 CDMA 전화기의 RF 부의 일부를 도시하고 있으며, 이 장치는 안테나 송수 전환기 (1), 저잡음 증폭기 (LNA) (2), 전력 증폭기 (AMP) (3), 다른 회로들 (미도시) 를 포함한다. 증폭기들 (2) (3) 과 안테나 (4) 사이의 인터페이스인 상기 안테나 송수 전환기 (1) 는 결합회로 (5), 수신 (Rx) SAW 필터 (6), 송신 (Tx) SAW 필터 (7) 를 포함한다. 상기 결합회로 (5) 는, 명백히 도시되지 않은, 상호 연결선들과 인덕터들과 캐패시터들과 같은 다른 성분들을 포함한다. 상기 수신 SAW 필터 (6) 는 압전 기판 (8) 위에 형성된 금속-박 교대 배치형 변환기들을 갖는 복수의 SAW 공진기들을 포함한다. 상기 송신 SAW 필터 (7) 는 유사한 구조를 가지고, 그 자세한 것들은 나중에 나타날 것이다. 이러한 모든 성분들은, 세라믹 기판이나 유리-에폭시 기판과 같은, 주기판 (9) 위에 장착된다.
이러한 전화기는, 예컨데, 824∼849 MHz 의 주파수 대역에서 송신하며, 869∼894 MHz 의 주파수 대역에서 수신한다. 상기 송신 SAW 필터 (7) 는 송신 대역에서 1.5 데시벨 (dB) 이나 그 이하의 삽입 손실을, 그리고, 수신 대역에서는 최소한 35 dB 의 감쇠를 갖는 것이 바람직하다. 상기 수신 SAW 필터 (6) 는 수신 대역에서는 4 데시벨 (dB) 이나 그 이하의 삽입 손실을, 그리고, 송신 대역에서는 최소한 50 dB 의 감쇠를 갖는 것이 바람직하다.
실시예 1
본 발명의 실시예 1 은 도 1 상의 수신 필터 (6) 로서 사용하는데 적합한 SAW 필터이다. 도 2 에 관해 설명하자면, 수신 필터 (6) 의 이 실시예는 이상기 (10), 1쌍의 직렬-암 SAW 공진기들 (12) (14), 병렬-암 SAW 공진기 (16), 인덕터 (18), 캐패시터 (20) 를 포함한다. 이러한 성분들은 2-포트 회로를 형성하며, 입력 포트는 입력 단자 (22) 와 접지 또는 접지 (E) 단자 (24) 를 포함하고, 출력 포트는 출력 단자 (26) 와 접지 단자 (28) 를 포함한다.
상기 이상기 (10) 와 직렬-암 SAW 공진기들 (12) (14) 은 입력 단자 (22) 와출력 단자 (26) 사이에 직렬로 연결된다. 인덕터 (18), 캐패시터 (20) 도, 또한, 입력 단자 (22) 와 출력 단자 (26) 사이에 직렬로 연결되고, 상기 이상기 (10) 와직렬-암 SAW 공진기들 (12) (14) 과는 병렬로 연결된다. 병렬-암 SAW 공진기 (16) 는, 한쪽에서, 2개의 직렬-암 SAW 공진기들 (12) (14) 사이에 위치한 절점에 연결되고, 다른쪽에서는 접지 단자들 (24) (28) 에 연결된다.
상기 이상기 (10) 와 SAW 공진기들 (12) (14) (16) 은 공통 압전기판위에 형성된다. 상기 이상기 (10) 는 전체 길이 11 cm 의 스트립 선로를 포함한다. 이 2개의 직렬-암 SAW 공진기들 (12) (14) 중 각각은 (50 μm) 의 거리에 걸쳐 엉켜 있는 1백쌍의 전극 핑거들, 개구라 불리우는, 을 갖는 교대 배치형 변환기를 포함한다. 병렬-암 SAW 공진기 (16) 는 86 쌍의 교대 배치형 핑거들과 86μm 의 개구를 갖는 교대 배치형 변환기를 포함한다. 상기 이상기 (10) 는 일정한 임피던스 Zp 를 갖는다. 상기 SAW 공진기들 (12) (14) (16) 은 각각의 임피던스들 Z1, Z2, Z3을 갖는다. 인덕터 (18) 는 3 나노 헨리 (3.0 nH) 의 인덕턴스 L0를 갖는 본딩선을 포함한다. 상기 캐패시터 (20) 는, 예컨대, 0.1 피코 패럿 (0.1 pF) 의 용량 C0를 갖는다.
실시예 1 은 2-단 SAW 필터이다. 1 단은 직렬-암 SAW 공진기 (12) 와 병렬-암 SAW 공진기 (16) 를 포함한다. 2 단은 병렬-암 SAW 공진기 (16) 와 직렬-암 SAW 공진기 (14) 를 포함한다. 일반적으로, SAW 필터들에서, 각 인접한 쌍의 직렬- 및 병렬-암 SAW 공진기들은 필터의 1 단을 구성한다.
도 3 에 관해 설명하면, 이 필터 회로는, 또한, 입력 단자 (22) 와 출력 단자 (26) 사이와, 접지 단자들 (24) (28) 사이에 병렬로 연결된 1쌍의 2-포트 회로들을 포함하는 것으로 설명될수 있다. 1 개의 2-포트 회로는 상기 이상기 (10) 와 상기 SAW 공진기들 (12) (14) (16) 을 포함하는 SAW 필터 회로 (30) 이다. 다른 2-포트 회로는 인덕터 (18) 와 캐패시터 (20), 그리고 접지선 (34) 을 포함하는 임피던스 회로 (32) 이다. 주파수 f 와 2πf 와 같은 각주파수 ω 를 갖는 입력신호에 대해, 인덕터 (18) 와 캐패시터 (20) 는 jωL0+ 1 / (jωC0) 와 같은 임피던스 ZA를 갖는 임피던스 회로 (32) 를 제공하기 위해 결합하며, 여기서, j 는 -1 의 제곱근이다.
임피던스 회로 (32) 의 2-포트 설명은 필터의 주파수 특성을 계산하는데 유용하다. 예컨데, 상기 병렬 연결은 2-포트 회로들 (30) (32) 의 어드미턴스 행렬들이 가법적으로 결합한다. 일반적인 경우, 2-포트 회로 (32) 는 도 3 의 구성과는 다른 다양한 구성들을 가질수도 있고, 이러한 구성들중 몇 개는 나중에 설명될 것이다.
다음으로, 본 실시예의 동작을 설명할 것이다.
도 2 상의 회로의 동작은 출력 단자 (26) 와 접지 단자 (28) 가 개방된 때의입력 단자 (22) 와 접지 단자 (24) 사이의 임피던스 Z0와 출력 단자 (26) 와 접지 단자 (28) 가 단락된 때의 입력 단자 (22) 와 접지 단자 (24) 사이의 임피던스 ZS를 계산함으로써 분석될수 있다. 또한, Z0와 ZS는 ABCD 전달 매개변수들의 개념으로 주어질수 있고, Z0는 A/C 와 같고 ZS는 B/D 와 같다. ABCD 전달 매개변수들의 정의들은, 예컨데, 맥그로-힐 (McGRAW-HiLL) 에 의해 발행된, 핑크 氏 등에 의해 편집된 전자공학도의 안내서에서 찾아질수 있다.
양들 Z0와 ZS는 입력신호의 각 주파수 ω 에 의존한다. 데시벨로 표현될 때, 도 2 상의 회로의 주파수 특성 α(ω) 는 다음의 방정식 (1) 에 의해 정의되고, 여기서, Log 는 상용 대수를 나타낸다.
(방정식 1)
이 주파수 특성은 Z0가 무한인 주파수들과, ZS가 무한인 주파수들과, Z0가 ZS와 같은 주파수들에서의 극들을 갖는다. 나중의 경우가 여기서는 중요하다.
개방회로의 구성이 도 4 와 같이 다시 도시될수 있다. Z0는 다음의 값을 갖는다는 것을 알수 있다.
(방정식 2)
단락회로의 구성은 도 5 와 같이 다시 도시될수 있다. ZS는 다음의 값을 갖음을 알수 있다.
(방정식 3)
여기서,
(방정식 4)
본 실시예에서의 정지대역 주파수들에서, ZA는 상기 SAW 공진기들 (12) (14) (16) 의 임피던스들 Z1, Z2, Z3보다 더 작아져서, 상기 방정식들 (2)(3) 은 다음과 같이 단순화될수 있다.
(방정식 5)
(방정식 6)
Z0는 거의 ZA와는 무관하며, ZS는 거의 ZA와 같고, 감쇠극은 ZA를 선택함으로써 소망의 정지대역 주파수에서 발생될수 있어, Z0가 ZS와 같게 된다. 게다가, Z0는 ZP에 의존하기 때문에, ZS는 거의 ZP와 무관하며, ZP의 값은 ZS에 강력히 영향을 끼치지 않고서도 Z0를 조정하도록 선택될수 있다. Z0와 ZS사이의 임피던스 정합이 이루어지는 주파수들의 범위는 이러한 방식으로 연장될수 있다.
또한, ZP의 조정은 SAW 필터와 외부 회로들간의 임피던스 정합이 이루어지는 주파수들의 범위를 증가시킨다.
도 6 은 ZA를 조정하는, 특히, 캐패시터 (20) 의 용량 C0을 조정하는 효과를 예시한다. 수평축은 주파수를 나타낸다; 수직축은 데시벨 단위의 감쇠를 나타낸다. 'a' 로 표기된 곡선은 본 실시예에서 사용된 0.1 pF 의 값으로 설정된 C0로 수적 시뮬레이션에 의해 얻어졌다. C0는 곡선 'b' 에 대해서는 0.2 pF 로, 곡선 'c' 에 대해서는 0.5 pF 로, 곡선 'd' 에 대해서는 0 으로 설정되었다. 곡선 'd' 는 인덕터 (18) 와 캐패시터 (20) 를 포함하는 임피던스 회로가 존재하지 않는 경우에 대응한다.
C0에서의 이러한 변화들은 864∼894 MHz 의 통과대역에 단지 미소한 영향만을 끼치나, 상측과 하측 정지대역들에는 큰 영향을 끼친다. 곡선들 'a' 와 'd' 의 비교는 2개의 모든 정지대역들에서, 실시예 1 은 주어진 감쇠가 얻어지는 주파수들의 범위를 넓힌다.
실시예 2
정지대역 감쇠 특성들을 개선하기 위해, 추가적인 SAW 공진기들이 도 7 에 도시된바대로 첨가될수 있다. 실시예 1 에서와 같이, 임피던스 회로는 3.0 nH 의 임피던스 L0를 갖는 인덕터 (18) 와, 0.1 pF 의 용량 C0을 갖는 캐패시터 (20) 를 포함한다. 상기 이상기 (10) 는 다시 11-cm 의 스트립 선로이다. 각 직렬-암 SAW 공진기들 (12) (14) (38) 은 1 백쌍의 전극 핑거들과 50 μm 의 개구를 갖는 교대 배치형 변환기를 포함한다.
실시예 1 에서처럼, 인덕터 (18) 와 캐패시터 (20) 는 상기 이상기 (10) 와 제1 쌍의 직렬-암 SAW 공진기들 (12) (14) 과 병렬로 연결된다.
실시예 2 는 상기 직렬-암 SAW 공진기들과 사다리 형태로 연결되는, 4 개의 병렬-암 SAW 공진기들 (40) (42) (44) (46) 을 갖는다. 제1 및 최종 병렬-암 SAW 공진기들 (40) (46) 은 각각 60 쌍의 전극 핑거들과 60 μm 의 개구를 갖는 교대 배치형 변환기를 갖는다.
2 개의 내부 병렬-암 SAW 공진기들은 각각 85 쌍의 전극 핑거들과 85 μm 의 개구를 갖는 교대 배치형 변환기를 갖는다.
부연 설명하면, 인덕터 (18) 와 캐패시터 (20) 를 포함하는 임피던스 회로를 모든 3 개의 직렬-암 SAW 공진기들 (12) (14) (38) 과 병렬로 연결 가능하나, 발명자들은 상기 임피던스 회로가 단지 3 개의 직렬-암 SAW 공진기들과 병렬로 연결될 때, 더 나은 특성들이 얻어짐을 발견했다.
도 8 은 실시예 2 로부터 이상기 (10), 인덕터 (18), 캐패시터 (20) 를 제거함으로써 얻어진 종래의 사다리형 SAW 필터를 도시하고 있다. 도 9 는 'a' 라 표기된 실시예 2 의 주파수 특성과 'b' 라 표기된 상기 종래의 사다리형 SAW 필터의 주파수 특성을 비교한다. 양(兩) 필터들은 4 데시벨 (4 dB) 이하의 삽입 손실을 갖는, 864∼894 MHz 의 통과대역에서의 거의 동일한 특성들을 갖는다.
그러나, 더 낮은 정지대역에서, 실시예 2 는 824∼851 MHz 의 전 범위에 걸친 최소한 50 dB 의 감쇠의 요구 조건을 만족하는 반면, 종래의 사다리형 SAW 필터는 만족하지 않는다.
또한, 유사한 개선점을 상부 정지대역에서 볼수 있다.
실시예 3
실시예 3 은 도 1 상의 송신 SAW 필터 (7) 로 사용되는데 적합한 SAW 필터이다. 도 10 에 관해 설명하면, 송신 SAW 필터 (7) 의 이 실시예는 3 개의 직렬-암 SAW 공진기들 (48) (50) (52), 2 개의 병렬-암 SAW 공진기들 (54) (56) 과, 인덕터 (58) 를 포함한다. 이러한 소자들은 입력측에 입력단자 (60) 와 접지단자 (62) 를 갖고, 출력측에 출력단자 (64) 와 접지단자 (66) 를 갖는 2-포트 회로를 형성한다.
각각의 직렬-암 SAW 공진기들 (48) (50) (52) 은 1 백 20 쌍의 전극 핑거들과 120 μm 의 개구를 갖는 교대 배치형 변환기를 포함한다. 각각의 병렬-암 SAW 공진기들 (54) (56) 은 60 쌍의 전극 핑거들과 90 μm 의 개구를 갖는 교대 배치형 변환기를 포함한다. 인덕터 (58) 은 4,0 nH 의 인덕턴스를 갖는다.
도 11 에 관해 설명하면, 이 필터회로는 직렬로 연결된 1 쌍의 2-포트 회로들로 표시될수 있다. 1 개의 2-포트 회로 (68) 는 SAW 공진기들 (48) (50) (52) (54) (56) 을 포함하는 SAW 필터이다. 다른 2-포트 회로 (70) 는 인덕터 (58) 를 포함하며, 임피던스 ZA를 제공하는 임피던스 회로이다. 이러한 2-포트 회로들 (68) (70) 의 직렬 연결은 그들의 임피던스 행렬들이 부가적으로 결합함을 의미한다.
도 12 에 관해 설명하면, 실시예 3 에서의 SAW 공진기들 (48) (50) (52) (54) (56) 은 압전 기판 (71) 상의 금속박 교대 배치형 변환기 패턴들로서 형성된다. 상기 2 개의 병렬-암 SAW 공진기들 (54) (56) 은 서로 등을 맞댄 상태로 배치되어 공통 중앙전극 패턴을 공유한다. 인덕터 (58) 은 이 공통전극 패턴을 외부 접지 본딩패드 (62) 에 연결하는 본딩선의 길이이다. 이 본딩패드 (62) 는 접지단자들 (62) (66) 의 기능들을 결합한다. 본딩선 인덕터 (58) 의 인덕턴스는 SAW 공진기들 (54) (56) 에의 본딩선 인덕터 (58) 의 접착점에 의해 결정된다.
도 12 상의 교대 배치형 변환기들의 전극 핑거들의 수는 도시를 단순화하기 위해 크게 감소되어졌다.
다음으로, 실시예 3 의 동작을 설명할 것이다.
도 13 은 등가 집중 상수형 회로들에 의해 표시된 SAW 공진기들 (48) (50) (52) (54) (56) 을 도시하고 있다. 직렬-암 SAW 공진기 (48) 는 용량 (CS10) 과는 병렬로 연결되었으며, 서로 직렬로 연결된 인덕턴스 (LS1) 와 용량 (CS1) 에 의해 표시된다. 병렬-암 SAW 공진기 (54) 는 용량 (CP10) 과는 병렬로 연결되었으며, 서로 직렬로 연결된 인덕턴스 (LP1) 와 용량 (CP1) 에 의해 표시된다. 중앙직렬-암 SAW 공진기 (50) 는 (1/2)CS20의 용량과는 병렬로 연결되었으며, 서로 직렬로 연결된 (2LS2) 의 인덕턴스와 (1/2)CS2의 용량에 의해 표시된다.
이 회로는, 도 14 에 도시된바대로, 대칭적이고, 왼쪽 절반만을 생각함으로써 분석될수 있다. 도 13 상의 중앙 직렬-암 SAW 공진기 (50) 는, 절반으로 절단되었을 때, 도 14 상의 등가회로 (72) 로 되며, 이 등가회로 (72) 는 병렬로 연결된 용량 (CS20) 과, 서로 직렬로 연결된 인덕턴스 (LS2) 와 용량 (CS2) 을 포함하며, 이들 회로 소자들은 1 쌍의 단자들 (76) (78) 에 연결된다. 유사하게, 도 12 상의 인덕터 (58) 는 1 쌍의 단자들 (80) (82) 사이에 연결된 도 14 상의 인덕턴스 L0를 갖는 인덕터 (58) 로 된다.
단자들 (76) (78) (80) (82) 이 개방되었을때의 도 14 상의 단자들 (60) (62) 사이의 임피던스 Z0와, 상기 단자들이 단락되었을때의 임피던스 ZS는 다음의 방정식들 (7) 과 (8) 에 의해 L0와 공진기들 (48) (72) (54) 의 임피던스들 Z1, Z2, Z3에 관련되며, 여기서, S 는 jω 와 같고, ω 는 입력신호의 각주파수이다.
(방정식 7)
(방정식 8)
Z1, Z2, Z3의 값들은 다음의 식들 (9), (10), (11) 에 의해 주어진다.
(방정식 9)
(방정식 10)
(방정식 11)
인덕턴스 L0는 ZS에 대한 방정식에서는 나타나지 않는데, 그 이유는 L0가 단자 (82) 로의 단자 (80) 의 연결에 의해 단락되기 때문이다.
도 14 상의 회로의 주파수 특성은 실시예 1 에서와 유사한 방정식 (1) 에 의해 주어진다. 실시예 1 에서와 같이, 감쇠극은 Z0를 ZS와 같게 함으로써 발생될수 있고, 이것은 인덕턴스 L0의 적당한 선택에 의해 이루어질수 있는데, 그 이유는 Z0가 L0에 의존하는 반면, ZS는 L0에 의존하지 않기 때문이다.
Z0와 ZS사이의 등가 조건은 다음의 방정식 (12) 에 의해 주어진다.
(방정식 12)
실시예 3 은, 다음에 예시되는 바와같이, 이 조건이 고주파수의 넓은 범위에 걸쳐 만족하도록 고안된다.
비교를 위해, 도 15 는 실시예 3 의 인덕터 (58) 가 빠진 종래의 SAW 필터를 도시하고 있다. 도 16 은 대응하는 등가 집중 상수형 회로를 도시하고 있다. 도 16 상의 회로 정수들은 도 13 상의 대응하는 정수들과 유사하다.[
이 종래의 SAW 필터의 개방회로 임피던스 Z0와 단락회로 임피던스 ZS의 그래프들이 도 17 에 도시되어 있다. 수평축은 헤르쯔 (Hz) 단위의 주파수를 나타내고; 수직축은 오옴 (Ω) 단위의 임피던스를 나타낸다. Z0와 ZS는 L0가 0 과 같게 설정된 방정식들 (7) 에서 (11) 까지의 방정식들로부터 계산되었다. 약 875 MHz 이상의 주파수들은 필터의 소망의 상부 정지대역에 위치하기 때문에, 이들 주파수들에서의 Z0와 ZS사이의 차이를 주목해야 한다.
도 18 은 L0가 4.0 nH 와 같게 설정된 상태로, (7) 에서 (11) 까지의 동일한 방정식들로부터 계산된, 실시예 3 의 개방회로 임피던스 Z0와 단락회로 임피던스 ZS를 도시하고 있다.
수평 및 수직축들은 도 17 에서와 유사한 의미를 갖는다. 도 17 과 비교해 볼 때, 상부 정지대역에서의 Z0와 ZS사이의 차이는 크게 감소한다.
도 19 는 도 15 상의 'a' 라 표기된 종래의 필터의 주파수 특성과 'b' 라 표기된 실시예 3 의 주파수 특성을 비교한다. 수평축은 헤르쯔 단위의 주파수를 나타내는 반면, 수직축은 데시벨 단위의 감쇠를 나타낸다. 통과대역에서, 양(兩) 필터들은 824∼849 MHz 의 모든 주파수들에서 1.5 dB 를 초과하지 않는 삽입 손실의 요구 조건을 만족한다. 상부 정지대역에서, 실시예 3 은, 또한, 869∼894 MHz 의 모든 주파수들에서 최소한 35 dB 의 감쇠에 대한 요구 조건을 만족하나, 종래의 필터는 만족하지 않는다.
도 20 은 도 17 내지 도 19 의 정보를 표의 형태로 요약해 주고 있다.
도 20 의 우측부는 상부 정지대역의 상단 근처의 세 개의 주파수들에서의 개방회로 임피던스 Z0와 단락회로 임피던스 ZS의 값들을 보여준다.
L0가 0 일 때, Z0와 ZS사이의 차이는 -j0.72 또는 그 이상이다. L0가 4.0 nH 일 때, Z0와 ZS사이의 차이는 -j0.30 또는 그 이하로 감소한다.
도 20 의 좌측부는 통과대역 (823 MHz 와 849 MHz) 의 2 개의 단들과 상부 정지대역 (869 MHz 와 895 MHz) 의 2 개의 단들에서의 임피던스의 값들을 제공한다. 상부 정지대역 (895 MHz) 의 상단에서, 실시예 3 (L0= 4.0 nH) 의 감쇠는 종래의 필터 (L0= 0 nH) 의 감쇠를, 실질적인 개선점인, 약 13 데시벨 만큼 초과한다.
실시예 3 과의 비교를 한번 더 하기 위해, 도 21 은 2 개의 직렬-암 SAW 공진기들 (76) (78), 3 개의 병렬-암 SAW 공진기들 (80) (82) (84) 와, 단일 인덕터 (86) 을 포함하는 4-단 SAW 필터를 도시하고 있다. 상기 인덕터 (86) 는 접지선 E-E 와 모든 3 개의 병렬-암 SAW 공진기들 (80) (82) (84) 사이에 연결된다.
만일 이 회로가 실시예 3 이 분석되어졌던 방식과 유사한 방식으로 분석되면, 각각의 직렬-암 SAW 공진기들 (76) (78) 의 임피던스에 대한 Z4, 2 개의 외부병렬-암 SAW 공진기들 (80) (84) 의 임피던스에 대한 Z5, 중앙 병렬-암 SAW 공진기 (82) 의 임피던스에 대한 Z6, 인덕터 (86) 에 의해 제공된 임피던스에 대한 ZA, 전체 개방회로 임피던스 Z0와 전체 단락회로 임피던스 ZS는 다음의 방정식들 (13) 과 (14) 에 의해 주어진다.
(방정식 13)
(방정식 14)
실시예 3 에서 같이, Z0는 ZA의 적당한 선택에 의해 주어진 주파수에서 ZS와 같게 만들어질수 있다. 그러나, 필터의 주파수 특성에서의 주요 개선점은 기대될수 없는데, 그 이유는 Z0와 ZS의 등가에 대한 조건은, 이제, 다음의 방정식 (15) 에 의해 주어지기 때문이다.
(방정식 15)
이 조건은 방정식 (12) 에 의해 주어진 조건보다 더 복잡하다. 방정식 (15) 가 주파수들의 넓은 범위에 걸쳐 만족하도록 도 21 상의 구성을 갖는 필터를 설계하는 것이 쉽지 않다.
결론은, 더 큰 정지대역 감쇠를 성취하기 위해 추가의 SAW 공진기들이 필터에 연결될 때, 필터는 도 21 상의 모델보다는 도 11 상의 모델에 근거하여 설계되어야 한다는 점이다. 예컨데, 도 22 는 1 개 이상의 SAW 공진기 (88) 를 도 21 상의 직렬 암에 첨가함으로써 얻어진 바람직하지 못한 5-단 SAW 필터를 도시하고 있다. 도 22 상에 점선으로 둘러쳐진 부분은 도 21 상의 것과 유사하다. 상기 방정식들은 도 11 에 근거한 구성에서보다 이 필터 구성에서 개선점이 덜 기대될수 없다는 사실을 나타내는데, 이것은 다음의 실시예 4에서 예시될 것이다.
실시예 4
도 23 에 관해 설명하면, 실시예 4 는 3 개의 직렬-암 SAW 공진기들 (90) (92) (94), 3 개의 병렬-암 SAW 공진기들 (96) (98) (100) 과, 2 개의 인덕터들 (102) (104) 을 포함하는 5-단 SAW 필터를 도시하고 있다. 상기 인덕터 (102) 는 2 개의 제1 병렬-암 SAW 공진기들 (96) (98) 과 접지선 E-E 사이에 연결된 본딩선이다. 이들 2 개의 병렬-암 SAW 공진기들 (96) (98) 은, 도 12 상의 SAW 공진기들 (54) (56) 과 같이, 서로 등을 맞댄 상태로 배치되는 것이 바람직하다. 상기 인덕터 (104) 는 도 23 상의 제3 병렬-암 SAW 공진기 (100) 와 접지선 사이에 연결된 본딩선이다.
각각의 직렬-암 SAW 공진기들 (90) (92) (94) 은 1백쌍의 전극 핑거들과 120 μm 의 개구를 갖는 교대 배치형 변환기를 갖는다.
각각의 병렬-암 SAW 공진기들 (96) (98) (100) 은 80 쌍의 전극 핑거들과 90 μm 의 개구를 갖는 교대 배치형 변환기를 갖는다. 인덕터 (102) 의 인덕턴스는 0.1 nH 이고; 인덕터 (104) 의 인덕턴스도, 또한, 0.1 nH 이다.
이 필터는 3 개의 세부들을 구성하는 것으로 생각될수 있다: 2 개의 제1 직렬-암 SAW 공진기들 (90) (92) 과 2 개의 제1 병렬-암 SAW 공진기들 (96) (98)을 포함하는 SAW 필터회로 (106); 인덕터 (100) 를 포함하며, SAW 필터회로 (106) 와 직렬로 연결되는 임피던스 회로 (108); 제3 직렬-암 SAW 공진기 (94) 와 제3 병렬-암 SAW 공진기 (98) 과, 인덕터 (102) 를 포함하는 SAW 필터회로 (110). SAW 필터회로 (106) 와 임피던스 회로 (108) 는 SAW 필터회로 (110) 와 직렬로 연결되는 필터부를 형성하기 위해 결합한다. 2 개의 SAW 필터회로들 (106) (110) 은 사다리형 SAW 필터를 형성하기 위해 결합한다.
도 24 는 'a' 로 표시된 도 22 의 바람직하지 못한 필터의 주파수 특성과 'b' 로 표시된 실시예 4 의 주파수 특성을 비교한다. 도 22 의 인덕터 (86) 는 도 23 의 인덕터 (100) 와 유사한 0.1 nH 의 인덕턴스를 가지는 것으로 가정된다. 양(兩) 필터들은 824∼849 MHz 의 통과대역에서 1.5 dB 이하의 삽입 손실에 대한 필요조건을 만족한다. 그러나, 도 22 상의 필터는 869 mHz∼894 MHz 의 정지대역에서 최소한 35 dB 의 감쇠에 대한 필요조건을 전적으로 만족하지 않는다. 실시예 4 는 통과대역과 정지대역간의 급경사 롤오프 (roll-off) 를 가지며, 이 35-dB 의 필요조건을 넓은 마진에 의해 클리어하고, 뛰어난 정지대역 감쇠를 제공한다.
실시예 5
도 25 에 관해 설명하면, 본 발명의 실시예 5 는 실시예 3 과 실시예 4 의 개념을 4 개의 직렬-암 SAW 공진기들 (112) (114) (116) (118), 4 개의 병렬-암 SAW 공진기들 (120) (122) (124) (126) 과, 2 개의 인덕터들 (128) (130) 을 포함하는 6-단 SAW 필터로 연장한다.
이 필터는 2 개의 부분들로 나누어질수 있고, 각각은 도 23 상의 SAW 필터회로 (106) 와 임피던스 회로 (108)를 포함하는 부분과 구성면에서 유사하다. 각 부분에서의 임피던스 ZA는 정지대역 주파수들의 넓은 범위에 걸쳐 높은 감쇠를 제공하도록 선택될수 있다. 2 개의 필터부들 (132) (134) 은 직렬로 연결되어, 그들의 ABCD 전달 매개변수들은 행렬 곱셈에 의해 결합한다.
도 10 에 관해 다시 설명하면, 실시예 3 은, 또한, 2 개의 직렬-암 SAW 공진기들 (48) (50) 과 2 개의 병렬-암 SAW 공진기들 (54) (56) 을 갖고, 인덕터 (58) 를 포함하는 2-포트 임피던스 회로와 직렬로 연결된 2-포트 SAW 필터회로를 포함하는 것으로 설명될수 있으며, 이들 두 개의 회로들은 SAW 공진기 (52) 를 포함하는 제2 필터부와 직렬로 연결되는 제1 필터부를 형성한다.
본 발명에 사용된 임피던스 회로들은 상기 실시예들에서 보여진 회로들에 제한되지 않는다.
예컨데, 실시예 1에서, 도 3 상의 임피던스 회로 (32) 는 도 26, 도 27, 도 28, 도 29 상의 임피던스 회로들중 하나와 대체될수 있다. 도 26 상의 회로는 캐패시터 (136) 를 포함한다. 도 27 상의 회로는 병렬로 연결된 인덕터 (138) 와 캐패시터 (140) 를 포함한다. 도 28 상의 회로는 서로 병렬로 연결되었으며, 인덕터 (146) 와는 직렬로 연결된 인덕터 (142) 와 캐패시터 (144) 를 포함한다. 도 29 상의 회로는 서로 직렬로 연결되었으며, 캐패시터 (152) 와는 병렬로 연결된 인덕터 (148) 와 캐패시터 (150) 를 포함한다. 이와 유사한 대체들이 실시예 2 에서도 가능하다.
실시예 3 에서, 도 11 상의 임피던스 회로 (70) 는 도 30, 도 31, 도 32, 도 33 상의 임피던스 회로들중 하나로 대체될수 있다. 도 30 의 회로는 인덕터 (156) 와 직렬로 연결된 캐패시터 (154) 를 포함한다. 도 31 의 회로는 병렬로 연결된 인덕터 (160) 와 캐패시터 (158) 를 포함한다. 도 32 의 회로는, 서로 병렬로 연결되었으며, 또한, 인덕터 (166) 와는 직렬로 연결된 인덕터 (164) 와 캐패시터 (162)를, 포함한다. 도 33 의 회로는, 서로 직렬로 연결되었으며, 또한, 캐패시터 (172) 와는 병렬로 연결된 인덕터 (170) 와 캐패시터 (168)를, 포함한다. 유사한 대체들이 실시예 4 와 실시예 5 에서도 가능하다.
실시예 1 과 실시예 2 에서의 이상기 (10) 는 SAW 공진기들과 유사한 압전 기판상에 형성된 스트립 선로에 제한되지 않는다. 도 1 에 관해 다시 설명하면, 상기 이상기 (10) 의 일부 또는 모두는 주기판 (9) 상에 배치될 수도 있다. 예컨데, 이상기 (10) 는 압전 기판 (8) 상에 형성된 스트립 선로와 주기판 (9) 상에 형성된 스트립 선로 모두를 결합회로 (5) 의 일부로서 포함할 수도 있다. 이상기 (10) 의 특성들에 대한 수정들은 압전 기판 (8) 상에서보다 주기판 (9) 상에서 보다 쉽게 이루어지기 때문에, 주기판 (9) 상에 배치된 이상기 (10) 의 최소한의 일부를 갖는 것이 유리하다.
이 기술에 숙련된 사람들은 추가의 변형들이 청구된 범위내에서 가능함을 인식하게 될것이다.

Claims (28)

  1. 이상기, 상기 이상기와 직렬로 연결된 적어도 하나의 직렬-암 표면 탄성파 공진기와, 적어도 하나의 병렬-암 표면 탄성파 공진기를 갖는 2-포트 표면 탄성파 공진기 필터회로;
    상기 2-포트 표면 탄성파 공진기 필터회로와 병렬로 연결되어 있으며, 상기 표면 탄성파 필터의 단락회로 임피던스와 동일한 상기 표면 탄성파 필터의 개방회로 임피던스를 만듦으로써, 감쇠극을 생성시키는 임피던스를 갖는 2-포트 임피던스 회로를 포함하는, 극들을 갖는 표면 탄성파 필터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 2-포트 표면 탄성파 공진기 필터회로는 단지 2 개의 직렬-암 표면 탄성파 공진기들을 갖는 것을 특징으로 하는 극들을 갖는 표면 탄성파 필터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 2-포트 임피던스 회로는 제1 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 극들을 갖는 표면 탄성파 필터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 2-포트 임피던스 회로는, 또한, 제1 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 극들을 갖는 표면 탄성파 필터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 인덕터는 일정한 유도 임피던스를 갖는 본딩선을 포함하는 것을 특징으로 하는 극들을 갖는 표면 탄성파 필터.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 캐패시터와 상기 제1 인덕터는 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 극들을 갖는 표면 탄성파 필터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 2-포트 임피던스 회로는 상기 제1 캐패시터와 상기 제1 인덕터에 병렬로 연결된 제2 캐패시터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 극들을 갖는 표면 탄성파 필터.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 캐패시터와 상기 제1 인덕터는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 극들을 갖는 표면 탄성파 필터.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 2-포트 임피던스 회로는 상기 제1 캐패시터와 상기 제1 인덕터에 직렬로 연결된 제2 인덕터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 극들을 갖는 표면 탄성파 필터.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면 탄성파 필터는 안테나 송수 전환기내에 배치되며, 상기 이상기는안테나 송수 전환기에서 상호 연결선을 포함하는 것을 특징으로 하는 극들을 갖는 표면 탄성파 필터.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 직렬-암 표면 탄성파 공진기들, 상기 병렬-암 표면 탄성파 공진기와, 상기 이상기는 압전 기판상에 형성되는 것을 특징으로 하는 극들을 갖는 표면 탄성파 필터.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 이상기는 상기 압전 기판상에 형성된 스트립 선로를 포함하는 것을 특징으로 하는 극들을 갖는 표면 탄성파 필터.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 직렬-암 표면 탄성파 공진기들과 상기 병렬-암 표면 탄성파 공진기는 압전 기판상에 형성되고, 상기 압전 기판은 주기판상에 장착되며, 상기 이상기는 상기 주기판상에 형성되는 것을 특징으로 하는 극들을 갖는 표면 탄성파 필터.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 직렬-암 표면 탄성파 공진기들과 상기 병렬-암 표면 탄성파 공진기는 압전 기판상에 형성되고, 상기 압전 기판은 주기판상에 장착되며, 상기 이상기는 부분적으로는 상기 압전 기판상에 그리고 부분적으로는 상기 주기판상에 형성되는 것을 특징으로 하는 극들을 갖는 표면 탄성파 필터.
  15. 이상기와 직렬로 연결된 2 개의 직렬-암 표면 탄성파 공진기들과, 2 개의 병렬-암 표면 탄성파 공진기들을 갖는 2-포트 표면 탄성파 공진기 필터회로;
    상기 2-포트 표면 탄성파 공진기 필터회로와 직렬로 연결되어 있으며, 상기 표면 탄성파 필터의 단락회로 임피던스와 동일한 상기 표면 탄성파 필터의 개방회로 임피던스를 만듦으로써, 감쇠극을 생성시키는 임피던스를 갖는 2-포트 임피던스 회로를 포함하는, 극들을 갖는 표면 탄성파 필터.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 2-포트 임피던스 회로는 제1 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 극들을 갖는 표면 탄성파 필터.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제1 인덕터는 일정한 유도 임피던스를 갖는 본딩선을 포함하는 것을 특징으로 하는 극들을 갖는 표면 탄성파 필터.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 2-포트 임피던스 회로는, 또한, 제1 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 극들을 갖는 표면 탄성파 필터.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제1 캐패시터와 상기 제1 인덕터는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 극들을 갖는 표면 탄성파 필터.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 2-포트 임피던스 회로는 상기 제1 캐패시터와 상기 제1 인덕터에 직렬로 연결된 제2 인덕터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 극들을 갖는 표면 탄성파 필터.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 제1 캐패시터와 상기 제1 인덕터는 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 극들을 갖는 표면 탄성파 필터.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 2-포트 임피던스 회로는 상기 제1 캐패시터와 상기 제1 인덕터에 병렬로 연결된 제2 캐패시터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 극들을 갖는 표면 탄성파 필터.
  23. 제 15 항에 있어서,
    2 개의 병렬-암 표면 탄성파 공진기들은 등을 맞댄 상태로 연결되며, 공통 중앙전극을 공유하는 것을 특징으로 하는 극들을 갖는 표면 탄성파 필터.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 2-포트 임피던스 회로는 상기 공통 중앙전극에 부착된 본딩선을 포함하는 것을 특징으로 하는 극들을 갖는 표면 탄성파 필터.
  25. 제 15 항에 있어서,
    상기 2-포트 표면 탄성파 공진기 필터회로와 상기 2-포트 임피던스 회로는 제1 필터부를 형성하며, 상기 표면 탄성파 필터는 추가로 상기 제1 필터부와 직렬로 연결된 제2 필터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 극들을 갖는 표면 탄성파 필터.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 제2 필터부는, 상기 2-포트 표면 탄성파 공진기 필터회로와 결합될 때, 사다리형 표면 탄성파 필터를 형성하는 것을 특징으로 하는 극들을 갖는 표면 탄성파 필터.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 제2 필터부는 상기 제1 필터부와 구성면에서 유사하고, 2 개의 직렬-암 SAW 공진기들과 2 개의 병렬-암 SAW 공진기들을 갖으며, 상기 2-포트 임피던스 회로와 직렬로 연결된 2-포트 표면 탄성파 공진기 필터회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 극들을 갖는 표면 탄성파 필터.
  28. 제 15 항에 있어서,
    복수의 표면 탄성파 필터들은 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 극들을 갖는 표면 탄성파 필터.
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