KR20000035608A - 탄성 표면파 필터 - Google Patents

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KR20000035608A
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Abstract

본 발명의 탄성 표면파 필터는 사다리형 회로의 구성에 배치된 복수개의 인터디지탈 트랜스듀서(interdigital transducer)를 구비하고 있다. 복수개의 인터디지탈 트랜스듀서 각각은 제 1 빗형상의(comb-shaped) 전극 및 제 2 빗형상의 전극을 가지고 있으며, 이 제 1 및 제 2 빗형상의 전극 각각은 복수개의 전극지 및 이 복수개의 전극지의 제 1 말단에 접속되는 버스바(bus bar)를 가지고 있다. 제 1 및 제 2 빗형상의 전극은 상호 교차하고 있어서, 제 1 빗형상의 전극의 복수개의 전극지의 제 2 말단은 제 2 빗형상의 전극의 버스바를 향하여 연장하고 있다. 적어도 하나의 인터디지탈 트랜스듀서에서 갭(gap)이 생성되어, 탄성 표면파 필터의 통과대역에서 리플(ripple)이 발생한다. 이 리플에 의해 통과대역의 고주파측의 숄더부(shoulder)에서 필터 특성의 경사도(steepness)가 높아진다. 이 갭은 제 1 빗형상의 전극의 버스바와 제 2 빗형상 전극의 복수개의 전극지의 제 2 말단 사이에서 형성된다. 이 갭의 길이는, 압전 기판에서 여진되는 탄성 표면파의 파장을 λ라고 할 때, 약 0.50λ∼약 4.0λ의 범위 내에 있어야 한다.

Description

탄성 표면파 필터{Surface Acoustic Wave Filter}
본 발명은 예를 들어 대역필터(band pass filter)로서 사용하기 위한 탄성 표면파(surface acoustic wave: SAW) 필터에 관한 것이다. 보다 상세히하면, 본 발명은 복수개의 1-포트(one-port) SAW 공진자가 사다리형 회로를 구성하도록 접속되는 SAW 필터의 구성 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
종래에는, 대역필터로서 SAW 필터가 광범위하게 사용되었다. 예를 들어, 일본 특공개 56-19765호 공보에는, 복수개의 1-포트 SAW 공진자로 사다리형 회로를 구성하는 배열을 가지고 있는 SAW 필터가 개시되어 있다.
사다리형 회로 구성을 가지고 있는 상술한 SAW 필터를 도 11 및 도 12를 참조하여 설명할 것이다. 도 11 및 도 12의 SAW 필터에서는, 입력단과 출력단을 접속시키는 직렬암(series arm), 및 이 직렬암과 기준 전위를 접속시키는 병렬암이 형성되어 있다. 직렬암에는 직렬암 공진자를 구성하는 1-포트 SAW 공진자 S1이 접속되어 있고, 병렬암에는 병렬암 공진자를 구성하는 1-포트 SAW 공진자 P1이 접속되어 있다. 도 11에는 단지 1개의 직렬암 공진자와 1개의 병렬암 공진자만이 도시되어 있지만, SAW 필터에 포함된 직렬암 공진자 및 병렬암 공진자의 개수는 원하는 필터 특성에 따라서 결정된다.
종래의 1-포트 SAW 공진자는, 도 12를 참조하면, 압전 기판(도시되지 않음) 상에서, 인터디지탈 트랜스듀서(interdigital transducer: IDT) 51이 제 1측에는 반사기 52를 제 2측에는 반사기 53을 구비하고 있는 전극 구성을 가지고 있다.
IDT 51은 탄성 표면파가 전파하는 방향을 따라서 연장하고 있는 한 쌍의 버스바(bus bar) 54, 55를 가지고 있다. 버스바 54는 복수개의 전극지 56의 각 한 단에 접속되어 있다. 전극지 56은 탄성 표면파가 전파하는 방향에 직교하는 방향으로, 다시 말해 버스바 54의 반대측에 있는 버스바 55측을 향하여 연장하고 있다. 유사하게, 버스바 55는 복수개의 전극지 57의 각 한 단에 접속되어 있다. 복수개의 전극지 57은 버스바 54측을 향하여 연장하고 있다. 전극지 56, 57은 서로 교차하게 배치되어 있다.
상기 1-포트 SAW 공진자를 복수개 배치하여, 도 11에 도시된 바와 같은 사다리형 회로를 구성함으로써, SAW 필터를 형성하게 된다. 이 SAW 필터의 감쇠량-주파수 특성을 도 13에 도시한다.
상기 사다리형 회로 구성을 가지고 있는 SAW 필터가 낮은 손실을 보이고 광범위한 통과대역을 가지고 있으므로, 이 SAW 필터는 휴대 전화기 또는 그 외의 유사한 장치에서 대역필터로서 광범위하게 사용되고 있다.
그러나, 최근에, 휴대용 전화기에 송신측 주파수 대역과 수신측 주파수 대역이 서로 근접해 있는 체계를 사용하고 있다. 따라서, 최근에, 대역 필터는 통과대역들이 서로 근접해 있는 경우에 필터 특성의 경사도(steepness)를 증가시키는 것이 가능하다.
그러므로, 필터 특성의 경사도를 향상시키기 위해서, 일본 특개평 9-167937호 공보에서는, 도 14에 도시된 바와 같은 회로 구성을 가지고 있는 SAW 필터가 개시되어 있다. 이 경우에, 1-포트 SAW 공진자 S1, S2는 직렬암에 접속되어서, SAW 공진자 S1이 커패시터 58에 병렬로 접속되어 있다. 종래 장치에 따르면, 커패시터 58의 추가로 SAW 공진자 S1의 반공진 주파수가 저하되는 것이 가능하여, 고주파측에서 필터 특성의 경사도가 높아질 수 있다.
그러나, 일본 특개평 9-167937호 공보에 기술된 방법에서는 커패시터 58의 추가 형성을 필요로 하므로, SAW 필터의 크기가 증가하고, 이에 의해 종래 설계를 휴대용 전화기 또는 유사한 장치에 소형화가 필요한 경우에 사용하는 것이 어렵다. 부가하여, 커패시터 58에 의해 보다 많은 용량이 SAW 공진자 S1에 인가되므로, 통과대역 이외의 주파수 대역 내에서의 감쇠량이 저하된다.
사다리형 회로 구성을 가지고 있는 SAW 필터에 있어서, 통과대역으로부터 간격을 두고 떨어져 있는 주파수 대역에서 병렬암 공진자와 직렬암 공진자의 용량비에 따라서 감쇠량이 결정된다. 일반적으로, 직렬암 공진자의 용량을 증가시킬 때, 감쇠량은 저하된다. 그 결과, 종래 장치에 대해서 상슬한 바와 같이, 직렬암 공진자 S1에 커패시터 58을 병렬로 접속시킬 때, 직렬암 공진자의 용량을 증가시키는 경우와 유사하게, 통과대역의 외부 대역에서 감쇠량이 악하된다.
상술한 바와 같이 통과대역으로부터 간격을 두고 떨어져 있는 주파수 대역 내에서 감쇠량의 저하를 방지하게 위해서는, 직렬암 공진자의 전극의 용량을 저하시키는 것이 그 해결책이다. 그러나, 직렬암 공진자의 전극의 용량을 줄일 때, 전극지쌍의 개수와 그의 교차폭을 줄일 필요가 있는데, 이에 의해 원하는 공진 특성을 얻는 것이 어렵게 된다.
상술한 문제점들을 극복하기 위해서, 본 발명의 바람직한 구현예들은, 통과대역의 고주파측에서 필터 특성의 경사도를 높이고, 아울러 필터의 소형화가 용이하며, 통과대역으로부터 간격을 두고 떨어져 있는 주파수 대역 내에서 감쇠량의 저하를 억제하고, 우수한 공진 특성을 이루게 하는 SAW 필터를 제공한다.
도 1a는 본 발명의 한 바람직한 구현예에 따른 탄성 표면파(surface acoustic wave: SAW) 필터의 회로도를 도시한다.
도 1b는 도 1a에 도시된 바람직한 구현예의 SAW 필터에 사용된 1-포트(one-port) SAW 공진자의 전극 구성을 설명하는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 1-포트 SAW 공진자에서 버스바(bus bar)와 전극지의 한 선단 사이의 갭(gap)의 길이 W2와, 공진 주파수와 반공진 주파수 사이에서 발생하는 리플(ripple)의 주파수 위치간의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 1-포트 SAW 공진자에서 버스바와 전극지의 한 선단 사이의 갭의 길이 W2와, 통과대역의 고주파측에서 필터 특성의 경사도(steepness) 간의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 4는 도 3에 도시된 바와 같이 필터 특성의 경사도를 설명하는 SAW 필터의 감쇠량-주파수 특성을 도시하는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 구현예의 제 1 실험예에 따른 직렬암 공진자로서 사용되는 1-포트 SAW 공진자의 SAW 필터의 임피던스-주파수 특성을 도시하는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 구현예의 제 1 실험예의 SAW 필터의 감쇠량-주파수 특성, 및 본 발명의 바람직한 구현예와의 비교를 위해 제공된 SAW 필터의 감쇠량-주파수 특성을 도시하는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 구현예의 제 2 실험예에 따른 따른 직렬암 공진자로서 사용되는 1-포트 SAW 공진자의 임피던스-주파수 특성을 도시하는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 구현예의 제 2 실험예의 SAW 필터의 감쇠량-주파수 특성, 및 본 발명의 바람직한 구현예와의 비교를 위해 제공된 SAW 필터의 감쇠량-주파수 특성을 도시하는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 다른 바람직한 구현예에 따른 듀플렉서를 도시하는 회로도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에 따른 통신 장치를 도시하는 블록 선도이다.
도 11은 사다리형 회로 구성을 가지고 있는 종래 SAW 필터의 회로도이다.
도 12는 종래의 SAW 필터에 사용된 1-포트 SAW 공진자의 전극 구성을 도시하는 평면도이다.
도 13은 종래 SAW 필터의 감쇠량-주파수 특성을 도시하는 그래프이다.
도 14는 다른 종래의 SAW 필터를 설명하는 회로도이다.
도 15는 종래의 1-포트 SAW 공진자에서 전극지의 교차폭과 갭의 길이간의 관계를 설명하는 평면도이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명〉
1 ... 인터디지탈 트랜스듀서(IDT)
S1, S2 ... 1-포트 SAW 공진자(직렬암 공진자)
P1∼P3 ... 1-포트 SAW 공진자(병렬암 공진자)
2, 3 ... 반사기 4, 5 ... 버스바
6, 7 ... 전극지 W2 ... 갭의 길이
40 ... 듀플렉서 41, 42 ... SAW 필터
50 ... 통신 장치
본 발명의 한 바람직한 구현예에 따르면, SAW 필터는 압전 기판 및 상기 압전 기판 상에 배열되어 복수개의 1-포트 SAW 공진자를 구성하는 복수개의 IDT를 구비하고 있으며, 상기 복수개의 1-포트 SAW 공진자들은 직렬암과 병렬암을 가지고 있는 사다리형 회로를 구성하도록 접속된다. 복수개의 1-포트 SAW 공진자 각각은 제 1 및 제 2 빗형상의(comb-shaped) 전극을 가지고 있다. 복수개의 전극지와 이 복수개의 전극지의 제 1 말단에 접속되는 버스바를 각각 가지고 있는 제 1 및 제 2 빗형상의 전극이 서로 교차하고 있어서, 제 1 및 제 2 빗형상의 전극 각각의 복수개의 전극지의 제 2 말단은 제 1 및 제 2 빗형상의 전극의 다른 말단의 버스바를 향하여 연장하고 있으며, 이에 의해 각각의 인터디지탈 트랜스듀서를 형성한다. 복수개의 1-포트 SAW 공진자 중의 적어도 하나의 인터디지탈 트랜스듀서에 있어서, 제 1 빗형상의 전극의 버스바와 제 2 빗형상 전극의 버스바에 접속되는 전극지의 제 2 말단 사이의 갭은, 압전 기판에서 여진되는 탄성 표면파의 파장을 λ라고 할 때, 약 0.50λ∼약 4.0λ의 범위 내에 있다.
본 발명의 다른 바람직한 구현예에 있어서, 적어도 하나의 1-포트 SAW 공진자는 사다리형 회로의 직렬암에 바람직하게 접속된다. 이 경우에, 통과대역의 고주파측에서 통과대역에 근접해 있는 리플이 이동되어, 통과대역의 고주파측에서 필터 특성의 경사도가 리플의 감쇠량에 의해 높아진다.
본 발명의 다른 바람직한 구현예에 있어서, 사다리형 회로는 복수개의 직렬암을 구비하여도 되고, 모든 직렬암의 인터디지탈 트랜스듀서에서 상술한 바와 같은 갭은 약 0.50λ∼약 4.0λ의 범위 내에서 설정되는 것이 바람직하다. 이 경우에, 직렬암에 접속된 1-포트 SAW 공진자 각각에서 리플에 의해 감쇠량을 증가시키는 상승 효과가 달성된다. 따라서, 통과대역의 고주파측에서 보다 가파른 경사의 필터 특성을 가지고 있는 우수한 SAW 필터 특성이 이루어진다.
본 발명의 다른 바람직한 구현예에 있어서, 1-포트 SAW 공진자가 압전 기판으로 LiTaO3기판을 사용하면, 상술한 리플은 공진 주파수와 반공진 주파수 사이에서 확실하게 나타난다. 따라서, 이 리플을 감쇠량의 증가에 효과적으로 사용할 수 있어서, 통과대역에 근접하게 리플이 있을 때, 필터 특성의 경사도가 효과적으로 대폭 높아진다.
본 발명의 다른 바람직한 구현예에 있어서, SAW 필터를 제조하는 방법은, 압전 기판을 제공하는 단계; 상기 압전 기판 상에 배열되어 복수개의 1-포트 SAW 공진자를 구성하는 복수개의 인터디지탈 트랜스듀서를 형성하는 단계, 상기 복수개의 1-포트 SAW 공진자 각각은 전극지와 버스바를 각각 가지고 있는 제 1 및 제 2 빗형상의 전극을 구비하고 있고, 직렬암과 병렬암을 가지고 있는 사다리형 회로를 구성하도록 접속되며; 적어도 하나의 상기 인터디지탈 트랜스듀서에서, 상기 제 1 빗형상의 전극의 버스바와 상기 제 2 빗형상 전극의 전극지의 말단 사이에서, 압전 기판에서 여진되는 탄성 표면파의 파장을 λ라고 할 때, 약 0.50λ∼약 4.0λ의 범위 내에 있는 갭을 생성하여, 탄성 표면파 필터의 통과대역 내에서 리플을 발생시키는 단계를 포함하고 있다.
본 발명의 그 외의 특징 및 이점은 본 발명의 바람직한 구현예들과 첨부된 도면을 참조하여 하기에서 상세하게 설명할 것이다.
도 1a는 본 발명의 한 바람직한 구현예에 따른 SAW 필터의 회로 구성을 도시한다. 도 1b는 본 발명의 바람직한 구현예에 포함된 1-포트 SAW 공진자의 전극 구성을 도시하는 평면도이다.
도 1a를 참조하면, 바람직한 구현예의 SAW 필터는 사다리형 회로의 구성을 가지고 있다. 즉, 입력단 1N과 출력단 OUT 사이에는 직렬암이 바람직하게 배치되어 있고, 이 직렬암과 기준 전위 사이에는 복수개의 병렬암이 바람직하게 배치되어 있다.
직렬암에 접속되는 직렬암 공진자로서 1-포트 SAW 공진자 S1, S2가 있다. 또한, 각 병렬암에 접속되는 병렬암 공진자로서 1-포트 SAW 공진자 P1∼P3가 있다. 부가하여, 도 1a에 도시된 바와 같이, 입력단 1N으로부터 출력단 OUT를 향하여 병렬암 공진자와 직렬암 공진자가 교대로 배열되어 있다. 그러나, 본 발명에서, 직렬암 공진자와 병렬암 공진자의 개수가 도 1a 및 도 1b에 도시된 바람직한 구현예의 개수로만 한정되는 것은 아니고, 직렬암 공진자와 병렬암 공진자의 개수 및 조합은 한정되지 않고 사용될 수 있다. 예를 들어, 직렬암 공진자 1개와 병렬암 공진자 1개만을 가지고 있는 회로 구성을 사용하여도 되고, 또는 3개 이상의 병렬암 공진자를 가지고 있는 회로 구성을 사용하여도 된다.
상기 1-포트 SAW 공진자 S1, S2, P1∼P3의 전극 구성을 도 1b를 참조하여 설명할 것이다. 1-포트 SAW 공진자에서, IDT 1의 각 측에는 탄성 표면파가 IDT 1에서 전파하는 방향으로 반사기 2, 3이 바람직하게 각각 위치되어 있다.
IDT 1은 서로에 대해서 일정한 거리로 간격을 두고 실질적으로 평행하게 배열된 한 쌍의 버스바 4, 5를 가지고 있다. 버스바 4에는 복수개의 전극지 6 각각의 한 단이 접속되어 있는 반면에, 버스바 5에는 복수개의 전극지 7 각각의 한 단이 접속되어 있다. 전극지 6은 버스바 5를 향하여 연장하고 있고, 전극지 7은 버스바 4를 향하여 연장하고 있다. 전극지 6, 7은 서로에 대해서 상호 교차하도록 배열되어 있다.
IDT 1은 한 쌍의 빗형상의 전극 10, 11을 구비하고 있다. 빗형상의 전극 10은 복수개의 전극지 6 및 이 전극지 6의 제 1 말단에 접속되는 버스바 4를 구비하고 있다. 빗형상의 전극 11은 복수개의 전극지 7 및 이 전극지 7의 제 1 말단에 접속되는 버스바 5를 구비하고 있다. 빗형상의 전극 10, 11은 바람직하게 서로 교차하여, 빗형상의 전극 10 또는 11의 전극지 6 또는 7의 제 2 말단이 빗형상의 전극 11 또는 10의 버스바 5 또는 4를 향하여 연장하고 있다.
부가하여, 반사기 2, 3은 반사기 2, 3에 형성된 복수개의 전극지의 양 말단이 바람직하게 단락되는 그레이팅(grating) 반사기로 구성된다.
1-포트 SAW 공진자에서, 교류 전압을 전극지 6과 7 사이에 인가할 때, IDT 1은 여진되고, 탄성 표면파가 발생한다. 이 탄성 표면파는 반사기 2와 3 사이에 가두어져서, 탄성 표면파를 토대로 하는 공진 특성을 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 사다리형 회로를 형성하는 SAW 필터를 구성하는 적어도 하나의 1-포트 SAW 공진자의 IDT 1에 있어서, 빗형상의 전극 10 또는 11의 버스바 4 또는 5와 빗형상의 전극 11 또는 10의 버스바 5 또는 4에 접속되는 전극지 7 또는 6의 제 2 말단 사이의 갭 W2는 압전 기판에서 여진되는 탄성 표면파의 파장을 λ라고 할 때, 약 0.50λ∼약 4.0λ의 범위로 설정되는 것이 바람직하다. 이 독특한 구성으로, 통과대역의 고주파측에서 필터 특성의 경사도가 대폭으로 높아진다. 이 원리에 대해서 하기에서 설명할 것이다.
상술한 일본 특개평 6-232682호 공보에서는, LiTaO3로 구성된 압전 기판을 사용하는 1-포트 SAW 공진자에서 공진 주파수와 반공진 주파수 사이에 존재하는 리플을 저하시키는 방법이 개시되어 있다. 이 선행 기술에 기술된 1-포트 SAW 공진자의 전극 구성을 도 15에 도시한다. 도 13에서, IDT 51의 한쪽 측에 배치된 반사기 52는 도면에 도시되어 있지만, IDT 51의 다른쪽 측에 배치된 반사기는 도시되어 있지 않다는 것을 고려한다.
이 선행 기술에서는, 비 W1/W2를 증가시킬 때, 공진 주파수와 반공진 주파수 사이에서 존재하는 LiTaO3기판 특유의 특성인 리플의 영향을 저하시킬 수 있는 방법이 개시되어 있다. 다시 말해, 이 선행 기술의 방법은, 교차폭 W1 보다 작게 갭의 길이 W2를 형성함으로써 표면 스키밍 벌크파(surface skimming bulk wave: SSBW)의 발생을 저하시켜서, 상술한 리플의 영향을 감소시킨다.
상기 선행 기술에 기술된 바와 같이, SSBW의 발생은 SAW 공진자의 특성을 악화시키기 때문에, 바람직하지 않은 것으로 간주된다. 그러므로, 선행 기술에서 갭의 길이 W2를 가능한 짧게 형성하는 것이 바람직하다.
이에 반하여, 본 발명의 바람직한 구현예들은 리플을 가능한 많이 사용하여, 필터 특성에서 뜻밖의 향상을 이루게 된다. 다시 말해, 본 발명의 바람직한 구현예들은 리플의 발생을 억제하려는 선행 기술 및 종래 장치에 역으로 적극적인 방법으로 리플을 이용한다.
본 발명은, 1-포트 SAW 공진자에서 교차폭 W1은 일정하게 하고, 갭의 길이 W2만을 변화시킴으로써, 리플의 주파수를 용이하게 제어하는 것이 가능한 실험적인 증거를 제공한다.
1-포트 SAW 공진자에서, 갭의 길이 W2와 공진 주파수와 반공진 주파수 사이에서 발생하는 리플의 주파수간의 관계를 나타내는 그래프를 도 2에 도시한다. 종축에 의해 나타낸 주파수 Δf/f0는 정격화된 주파수값을 나타낸다. 여기에서, Δf는 리플이 발생하는 주파수와 탄성 표면파 장치의 공진 주파수 f0 사이의 차이를 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 갭의 길이 W2의 변화로 리플이 발생하는 주파수가 변화된다.
사다리형 회로 구성을 가지고 있는 SAW 필터에 있어서, 복수개의 1-포트 SAW 공진자의 공진 특성들을 조합시킴으로써, 원하는 우수한 필터 특성을 이루게 된다. 따라서, 상기 리플을 감쇠량을 증가시킬 필요가 있는 주파수 위치로 이동시킴으로써, 리플이 이 주파수에서 감쇠량을 증가시킨다. 사다리형 회로 구성에 있어서, 특히 직렬암 공진자를 구성하는 1-포트 SAW 공진자에서 갭의 길이 W2를 변화시킬 때, 리플이 발생하는 주파수가 SAW 필터의 통과대역의 고주파측의 숄더부(shoulder) 근방의 주파수로 이동될 수 있다는 것을 주지한다. 그 결과, 통과대역의 고주파측에서 필터 특성의 경사도가 대폭 높아진다.
다음으로, 직렬암 공진자의 갭의 길이 W2의 변화가 통과대역의 고주파측에서 통과대역의 특성에 어떠한 영향을 주는지에 대해서 설명할 것이다.
SAW 필터에 있어서, 직렬암 공진자를 구성하는 1-포트 SAW 공진자 S1, S2에서 갭의 길이 W2를 변화시키는 경우에 SAW 필터의 통과대역의 고주파측에서 경사도의 변화를 나타내는 그래프를 도 3에 도시한다. 통과대역에 근접해 있는 필터의 특성의 경사도(단위는 ㎒로 나타냄)는 다음과 같이 정의한다. 도 4를 참조하면, 통과대역의 고주파측에 있어서, 감쇠량이 5㏈인 주파수와 감쇠량이 10㏈인 주파수 사이의 차이를 필터 특성의 경사도라 한다. 따라서, 주파수들간의 차이(㎒)가 적으면 적을수록 필터 특성의 경사도는 가파르다는 것을 의미한다.
따라서, 도 3은 1-포트 SAW 공진자에서 갭의 길이 W2와 통과대역의 고주파측에서 필터 특성의 경사도간의 관계를 도시한다. 갭의 길이 W2가 약 0.50λ 이상이면, 필터 특성의 경사도가 급격하게 높아진다.
그러므로, 본 바람직한 구현예에 있어서, 복수개의 1-포트 SAW 공진자를 사다리형 배열로 접속시키는 SAW 필터에 있어서, 직렬암 공진자를 구성하는 1-포트 SAW 공진자에서 갭의 길이 W2가 약 0.50λ 이상이면, 통과대역의 고주파측에서 경사도가 대폭 높아진다. 그러나, 갭의 길이 W2가 약 4λ 보다 크면, 도 3에 도시된 바와 같이, 경사도의 증가가 저하되기 시작한다. 그러므로, 고주파측에서 경사도는, 갭의 길이 W2가 약 0.50λ∼약 4λ의 범위에 있을 때에 최대가 된다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 구현예들의 SAW 필터의 실험예를 보다 상세하게 설명할 것이다.
1. 제 1 실험예
36。 Y-컷 X-전파의 LiTaO3기판을 압전 기판으로서 사용한다. 이 기판 상에, 각개의 1-포트 SAW 공진자 및 이에 접속되는 전극을 형성한다. 1-포트 SAW 공진자를 형성하고 전극들을 접속시키기 위해서 Al을 사용한다.
직렬암 공진자를 구성하는 1-포트 SAW 공진자 S1, S2 및 병렬암 공진자를 구성하는 1-포트 SAW 공진자 P1, P2는 각각 다음과 같이 형성된다.
(1) 1-포트 SAW 공진자 S1, S2(직렬암 공진자)
전극지쌍의 개수는 80이고, 전극지의 교차폭은 약 40㎛(10.5λ)이며, IDT에서 갭의 길이 W2는 약 1.0λ이고, 반사기에서 전극지의 개수는 100이다.
(2) 1-포트 SAW 공진자 P1, P3(병렬암 공진자)
전극지쌍의 개수는 40이고, 전극지의 교차폭은 약 80㎛(20λ)이며, 반사기에서 전극지의 개수는 100이고, 갭의 길이 W2는 약 0.25λ이다.
(3) 1-포트 SAW 공진자 P2(병렬암 공진자)
전극지쌍의 개수는 80이고, 전극지의 교차폭은 약 200㎛(50λ)이며, 반사기에서 전극지의 개수는 100이고, 갭의 길이 W2는 약 0.25λ이다.
상술한 바와 같이 형성되는 1-포트 SAW 공진자 S1, S2(직렬암 공진자)의 임피던스-주파수 특성을 나타내는 그래프를 도 5에 도시한다. 도 5에서, 화살표 A로 나타낸 리플은 공진 주파수와 반공진 주파수 사이에서 존재한다. 본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 이 리플 A를 SAW 필터에서 통과대역의 고주파측쪽으로 이동시킴으로써 통과대역의 고주파측에서 경사도가 대폭 높아진다.
SAW 필터의 감쇠량-주파수 특성을 도 6에서 실선으로 도시한다. 또한, 비교 목적으로, 1-포트 SAW 공진자 S1, S2(직렬암 공진자)에서 갭의 길이 W2를 약 0.25λ로 설정하는 것을 제외하고는, 상술한 제 1 실험예와 동일한 방법으로 구성된 SAW 필터의 필터 특성을 도 6에서 파선으로 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 실험예에 있어서, 1-포트 SAW 공진자 S1, S2에서 갭의 길이 W2를 약 1.0λ로 설정하기 때문에, 비교 목적으로 제공된 비교예의 SAW 필터와 비교하여, 통과대역의 고주파측에서 경사도가 대폭 높아진다.
2. 제 2 실험예
직렬암 공진자로서의 1-포트 SAW 공진자 S1, S2 및 병렬암 공진자로서의 1-포트 SAW 공진자 P1∼P3의 구성이 하기와 같이 변화된다는 것을 제외하고는, 상기 제 1 실험예와 동일한 방법으로 SAW 필터를 제작한다.
(1) 1-포트 SAW 공진자 S1, S2(직렬암 공진자)
전극지쌍의 개수는 80이고, 전극지의 교차폭은 약 40㎛(10.5λ)이며, 갭의 길이 W2는 약 2.0λ이고, 반사기에서 전극지의 개수는 100이다.
(2) 1-포트 SAW 공진자 P1, P3(병렬암 공진자)
전극지쌍의 개수는 40이고, 전극지의 교차폭은 약 80㎛(20λ)이며, 반사기에서 전극지의 개수는 100이다.
(3) 1-포트 SAW 공진자 P2(병렬암 공진자)
전극지쌍의 개수는 80이고, 전극지의 교차폭은 약 200㎛(50λ)이며, 갭의 길이 W2는 약 0.25λ이고, 반사기에서 전극지의 개수는 100이다.
제 2 실험예에 따라서 형성된 SAW 필터의 직렬암 공진자로서 1-포트 SAW 공진자 S1의 임피던스-주파수 특성을 나타내는 그래프를 도 7에 도시한다. 도 7에서, 화살표 B로 나타낸 리플은 공진 주파수와 반공진 주파수 사이에서 존재한다. 본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 이 리플 B를 SAW 필터에서 통과대역의 고주파측쪽으로 이동시킴으로써 통과대역의 고주파측에서 경사도가 대폭 높아진다.
제 2 실험예에 따른 SAW 필터의 감쇠량-주파수 특성을 도 8에서 실선으로 도시한다. 또한, 도 8에, 제 1 실험예와의 비교 목적으로 제공된 SAW 필터의 감쇠량-주파수 특성을 파선으로 도시한다. 도 8로부터, 제 2 실험예에서도, 1-포트 SAW 공진자 S1, S2의 갭의 길이 W2가 약 2.0λ일 때, 통과대역의 고주파측에서 경사도가 대폭으로 높아진다는 것을 발견하였다.
도 6 및 도 8에 도시된 도면의 비교로부터, 제 2 실험예에 따른 SAW 필터에 있어서, 통과대역의 고주파측에서의 경사도는 통과대역의 매우 근접한 위치에서 제 1 실험예의 SAW 필터와 비교하여 약간 낮다는 것을 알 수 있다. 그러나, 통과대역의 매우 근접한 위치에서의 경사도가 약간 낮더라도, 고주파측 내에서의 경사도는 제 2 실험예에 따른 SAW 필터가 보다 높다. 이것은, 직렬암 공진자를 형성하는 1-포트 SAW 공진자 S1, S2의 리플의 주파수가 제 1 실험예에서 보다 제 2 실험예에서 높기 때문에 가능하다. 따라서, 리플 주파수에서 감쇠량이 증가한다.
또한, 제 1 및 제 2 실험예에서는 36。 Y-컷 X-전파의 LiTaO3기판을 사용하였지만, 36。 이외의 절단각을 가지고 있는 LiTaO3기판을 사용하는 경우에도, 상술한 실험예들과 동일한 이점을 얻을 수 있다. 부가하여, 본 발명에서 다른 압전 재료로 구성된 기판을 사용할 수 있다. 보다 상세히하면, LiTaO3, LiNbO3또는 그외의 재료로 구성된 압전 단결정 기판을 사용할 수 있다. 대체 방법으로, 납지르코네이트(lead zirconate) 또는 납티타네이트(lead titanate) 등의 압전 세라믹 재료로 구성된 기판을 사용할 수도 있다. 부가하여, 알루미나 등의 절연성 재료로 구성된 절연 기판 상에 압전 박막을 적층함으로써 제작된 압전 기판을 사용하여도 된다. 절연 기판을 사용하는 경우에, IDT의 전극 및 반사기는 압전 박막의 상면 또는 하면 어느 쪽에도 형성될 수 있다. 그러나, 압전 기판으로서 LiTaO3기판을 사용하는 것이 바람직하다.
부가하여, 적어도 하나의 직렬암 공진자에서 갭의 길이 W2가 약 0.50λ 이상으로 설정되기만하면, 이 직렬암 공진자에서 공진 주파수와 반공진 주파수 사이에서 발생하는 리플로 통과대역의 고주파측에서 경사도를 대폭 높일 수 있다. 그러므로, 본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 직렬암 공진자를 구성하는 적어도 하나의 SAW 공진자의 갭의 길이 W2가 약 0.50λ∼4.0λ의 범위로 설정되기만하면, 경사도는 대폭 높아진다.
또한, 본 발명이 직렬암 공진자로만 한정되는 것은 아니다. 병렬암 공진자를 형성하는 1-포트 SAW 공진자의 갭의 길이 W2도 또한 약 0.50λ∼4.0λ의 범위로 바람직하게 설정되는 경우에는, 리플의 주파수의 변화로 통과대역 근방에서 경사도가 대폭 높아진다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 1-포트 SAW 공진자와 병렬로 접속되는 커패시터를 설치할 필요가 없으므로, SAW 필터의 소형화가 용이하고, 이에 의해 통과대역으로부터 간격을 두고 떨어져 있는 주파수 대역에서 감쇠량의 악화가 방지된다.
본 발명은 탄성 표면파 필터를 이용하는 각종 전자 부품 또는 전자 장치에 적절하게 적용될 수 있다. 듀플렉서(duplexer) 및 이 듀플렉서를 가지고 있는 통신 장치는 본 발명의 독특한 특징을 성공적으로 이용하는 적용의 한 예가 될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 듀플렉서 40은 통과대역의 중심 주파수가 서로 다른 SAW 필터 41 및 SAW 필터 42를 구비하고 있다. 도 9에 도시된 SAW 필터 41, 42는 도 1a에 도시된 SAW 필터와 동일하지만, 본 발명에 따른 또 다른 SAW 필터를 이용하여도 된다. 듀플렉서 40에서, SAW 필터 41의 입력 단자 43과 SAW 필터 42의 입력 단자 44는 듀플렉서 40의 제 1 입출력 단자 45에 전기적으로 접속된다. SAW 필터 41, 42의 접지 단자는 접지되도록 공용으로 접속된다. SAW 필터 41의 출력 단자 46과 SAW 필터 42의 출력 단자 47은 각각 듀플렉서 40의 제 2 입출력 단자 48과 제 3 입출력 단자 49에 접속된다.
듀플렉서 40은, SAW 필터 41, 42가 통과대역의 높은 말단에서 경사도를 가지고 있음에 따라서 우수한 신호 감도를 가지고 있다. 부가하여, 커패시터 등의 다른 구성성분들이 필요하지 않으므로, 듀플렉서 40을 소형으로 구성할 수 있다.
도 10은 듀플렉서 40을 가지고 있는 통신 장치 50의 블록 선도이다. 통신 장치 50은 예를 들어 휴대용 전화기에 이용하는 것이 가능하다. 휴대용 전화기에는 통상적으로 협소한 통신 대역 및 소형화가 요구되어, 듀플렉서 40의 상술한 이점을 이용하기에 적합하다. 통신 장치 50은 듀플렉서 40의 제 1, 제 2 및 제 3 입출력 단자에 접속되는 안테나 51, 수신기 52 및 송신기 53을 구비하고 있다. 듀플렉서 40의 SAW 필터 41, 42의 통과대역은, 안테나 51을 통해 수신된 신호는 SAW 필터 41을 관통하고 SAW 필터 42에 의해 차단되도록, 그리고 송신기 53으로부터 송신된 신호는 SAW 필터 42를관통하도록 선택된다.
이제까지 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 SAW 필터는 직렬암 공진자와 병렬암 공진자를 가지고 있는 사다리형 회로를 구성함으로써, 적어도 하나의 1-포트 SAW 공진자의 인터디지탈 트랜스듀서에 있어서, 제 1 빗형상의 전극의 버스바와 제 2 빗형상 전극의 버스바에 접속되는 전극지의 제 2 말단 사이의 갭이, 압전 기판에서 여진되는 탄성 표면파의 파장을 λ라고 할 때, 약 0.50λ∼약 4.0λ의 범위 내에서 설정된다. 이에 의해, 통과대역의 고주파측에서 통과대역에 근접해 있는 리플이 이동되어, 통과대역의 고주파측에서 필터 특성의 경사도가 리플의 감쇠량에 의해 높아진다.
또한, 본 발명에 따르면, 상술한 갭이 약 0.50λ∼약 4.0λ의 범위 내에서 설정되는 경우에, 직렬암에 접속된 1-포트 SAW 공진자 각각에서 리플에 의해 감쇠량을 증가시키는 상승 효과가 달성된다. 따라서, 본 발명은 통과대역의 고주파측에서 한층 더 가파른 경사의 필터 특성을 가지고 있는 우수한 탄성 표면파 필터를 제공한다.
또한, 1-포트 SAW 공진자와 병렬로 커패시터가 접속되는 종래의 탄성 표면파 필터에서는, 커패시터가 형성됨으로써, 소형화가 어렵고, 통과대역으로부터 간격을 두고 떨어져 있는 주파수 대역에서 감쇠량이 악화되는 문제가 있는 반면에, 본 발명에서는 이러한 커패시터를 설치할 필요가 없으므로, 탄성 표면파 필터의 소형화가 용이하고, 통과대역으로부터 간격을 두고 떨어져 있는 주파수 대역에서 감쇠량의 악화가 방지된다.
또한, 본 발명에 따르면, 1-포트 SAW 공진자가 압전 기판으로 LiTaO3기판을 사용하는 경우에, 리플은 공진 주파수와 반공진 주파수 사이에서 확실하게 나타난다. 따라서, 이 리플을 감쇠량의 증가에 효과적으로 사용할 수 있어서, 통과대역에 근접하게 리플이 있을 때, 필터 특성의 경사도가 효과적으로 대폭 높아진다.
본 발명을 본 명세서에 기술된 바람직한 구현예만을 참조하여 특정하게 도시하고 기술하였지만, 당업계에 있는 사람들은 본 발명이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 변화가 가능하다는 것이 이해될 것이다.

Claims (22)

  1. 압전 기판: 및
    상기 압전 기판 상에 배열되어 복수개의 1-포트(one-port) SAW(surface acoustic wave: SAW) 공진자를 구성하는 복수개의 인터디지탈 트랜스듀서 (interdigital transducer)를 포함하고 있는 탄성 표면파 필터로서,
    상기 복수개의 1-포트 SAW 공진자들은 직렬암(series arm)과 병렬암을 가지고 있는 사다리형 회로를 구성하도록 접속되며;
    상기 복수개의 인터디지탈 트랜스듀서 각각은 복수개의 전극지와 이 복수개의 전극지의 제 1 말단에 접속되는 버스바(bus bar)를 각각 가지고 있는 제 1 및 제 2 빗형상의(comb-shaped) 전극을 구비하고 있고;
    상기 제 1 및 제 2 빗형상의 전극이 서로 교차하고 있어서, 상기 제 1 빗형상의 전극의 복수개의 전극지의 제 2 말단은 상기 제 2 빗형상의 전극의 버스바를 향하여 연장하고 있으며, 이에 의해 각각의 인터디지탈 트랜스듀서를 형성하며;
    상기 복수개의 인터디지탈 트랜스듀서 중의 적어도 하나는, 상기 제 1 빗형상의 전극의 버스바와 상기 제 2 빗형상 전극의 버스바에 접속되는 전극지의 제 2 말단 사이의 갭(gap)이, 압전 기판에서 여진되는 탄성 표면파의 파장을 λ라고 할 때, 약 0.50λ∼약 4.0λ의 범위 내에 있도록 배열되는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  2. 제 1항에 있어서, 적어도 하나의 상기 1-포트 SAW 공진자는 상기 사다리형 회로의 직렬암에 접속되는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 사다리형 회로는 복수개의 직렬암을 가지고 있으며, 상기 직렬암 각각의 인터디지탈 트랜스듀서에서의 갭은 약 0.50λ∼약 4.0λ의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 사다리형 회로는 복수개의 직렬암을 가지고 있으며, 적어도 하나의 상기 직렬암의 인터디지탈 트랜스듀서에서의 갭은 약 0.50λ∼약 4.0λ의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 사다리형 회로는 복수개의 병렬암을 가지고 있으며, 적어도 하나의 상기 병렬암의 인터디지탈 트랜스듀서에서의 갭은 약 0.50λ∼약 4.0λ의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 압전 기판은 LiTaO3기판이 되는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 압전 기판은 LiNbO3기판이 되는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 압전 기판은 압전 세라믹 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 압전 세라믹 재료는 납지르코네이트(lead zirconate) 및 납티타네이트(lead titanate) 중의 적어도 하나가 되는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 압전 기판은 절연 기판 상에 형성된 적층 압전 박막을 포함하고 있음을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 인터디지탈 트랜스듀서의 전극은 상기 압전 박막의 상면 또는 하면에 배치되는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  12. 제 1항에 있어서, 적어도 하나의 상기 1-포트 SAW 공진자는 상기 압전 기판 상에 배열된 제 1 및 제 2 반사기를 더 포함하고 있어서, 상기 제 1 반사기는 상기 인터디지탈 트랜스듀서의 한 측에서 상기 인터디지탈 트랜스듀서에 인접해 있으며, 상기 제 2 반사기는 상기 인터디지탈 트랜스듀서의 다른 측에서 상기 인터디지탈 트랜스듀서에 인접해 있음을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 사다리형 회로는 복수개의 직렬암 및 복수개의 병렬암을 가지고 있어서, 상기 직렬암 및 상기 병렬암이 교대로 위치되는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터.
  14. 압전 기판을 제공하는 단계;
    상기 압전 기판 상에 배열되어 복수개의 1-포트 SAW 공진자를 구성하는 복수개의 인터디지탈 트랜스듀서를 형성하는 단계; 및
    상기 복수개의 1-포트 SAW 공진자들은 직렬암과 병렬암을 가지고 있는 사다리형 회로를 구성하도록 접속되며,
    상기 복수개의 인터디지탈 트랜스듀서 각각은 복수개의 전극지와 이 복수개의 전극지의 제 1 말단에 접속되는 버스바를 각각 가지고 있는 제 1 및 제 2 빗형상의 전극을 구비하고 있고,
    상기 제 1 및 제 2 빗형상의 전극이 서로 교차하고 있어서, 상기 제 1 빗형상의 전극의 복수개의 전극지의 제 2 말단은 상기 제 2 빗형상의 전극의 버스바를 향하여 연장하고 있으며, 이에 의해 각각의 인터디지탈 트랜스듀서를 형성하며,
    상기 복수개의 인터디지탈 트랜스듀서 중의 적어도 하나에서, 상기 제 1 빗형상의 전극의 버스바와 상기 제 2 빗형상 전극의 버스바에 접속되는 전극지의 제 2 말단 사이에서, 압전 기판에서 여진되는 탄성 표면파의 파장을 λ라고 할 때, 약 0.50λ∼약 4.0λ의 범위 내에 있는 갭을 생성하는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터의 제조방법.
  15. 제 14항에 있어서, 적어도 하나의 상기 1-포트 SAW 공진자는 상기 사다리형 회로의 직렬암에 접속되는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터의 제조방법.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 압전 기판은 LiTaO3기판이 되는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터의 제조방법.
  17. 제 14항에 있어서, 상기 사다리형 회로는 복수개의 직렬암을 가지고 있으며, 상기 직렬암 모두의 인터디지탈 트랜스듀서에서의 갭은 약 0.50λ∼약 4.0λ의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터의 제조방법.
  18. 제 14항에 있어서, 상기 사다리형 회로는 복수개의 직렬암을 가지고 있으며, 적어도 하나의 상기 직렬암의 인터디지탈 트랜스듀서에서의 갭은 약 0.50λ∼약 4.0λ의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터의 제조방법.
  19. 제 14항에 있어서, 상기 사다리형 회로는 복수개의 병렬암을 가지고 있으며, 적어도 하나의 상기 병렬암의 인터디지탈 트랜스듀서에서의 갭은 약 0.50λ∼약 4.0λ의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터의 제조방법.
  20. 제 14항에 있어서, 통과대역의 고주파측의 숄더부(shoulder)에서 리플(ripple)이 발생하는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터의 제조방법.
  21. 제 1항 내지 제 13항 중의 어느 한 항에 기재된 한 쌍의 탄성 표면파 필터를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 듀플렉서(duplexer).
  22. 제 21항에 기재된 듀플렉서를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
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