KR20020079927A - 최적의 반사력을 갖는 표면파 변환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 최적의 반사력을 갖는 표면파 변환기에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 상기 최적의 반사력을 갖는 표면파 필터용 변환기는 낮은 삽입 손실, 높은 선택도, 그리고 최대의 단방향성을 갖는다. 상기 변환기의 여기 작용을 하는 및/또는 반사 작용을 하는 기본 셀은 최적화된다. 여기 작용을 하는 개별 기본 셀은 동일한 여기값을 제공하고 반사 작용을 하는 개별 기본 셀은 기준 반사값의 정수배(integral multiple)를 제공한다.

Description

최적의 반사력을 갖는 표면파 변환기 {SURFACE WAVE CONVERTER WITH OPTIMISED REFLECTION}

협대역 필터는 예컨대 전극 핑거의 수가 증가됨으로써 얻어질 수 있기 때문에, 긴 변환기가 제공된다.

상이한 버스 바에 연결되는 전극 핑거가 λ/2의 핑거 중심 간격을 갖도록 형성된 정상 핑거 변환기로부터 스플리트 핑거 변환기로 전환될 때 상기 정상 핑거 변환기의 개별 전극 핑거는 λ/4의 간격으로 배치되고 기계적으로 반사 작용을 하지 않는 두 개의 스플리트 핑거에 의해 대체된다. 왜냐하면, 상기 양 핑거의 상호 간의 반사 작용이 소멸되기 때문이다. 그러나, 여기에서도 길이가 긴 변환기에서 문제가 발생할 수 있기 때문에, 스플리트 핑거 변환기는 전기 재생으로 인해 음향 게이트에서의 0이 아닌 종단 임피던스에서는 반사 작용을 하지 않는다.

P.Dufilie와 P.Ventura의 논문 "Source Equalization for SPUDT-Transducers" in IEEE Ultrasonics Symposium 1995, pp.13-16에는 음향 반사 분포를 갖는 변환기, 즉 소위 DART 변환기를 제조할 수 있는 가능성에 대한 규칙들이 공지되어 있다. 상기 변환기는 단방향성을 갖기 때문에 SPUDT 변환기(=SINGLEPHASEUNIDIRECTIONALTRANSDUCER)를 나타낸다. 상기 변환기에서 여기 작용 및 반사 작용을 하는 전극 핑거는 상이하다. 여기 작용을 하기 위해서는 λ/4의 핑거 중심 간격을 가지며 반사작용을 하지 않는 동일한 형태의 전극 핑거 쌍이 사용된다. 또한 길이( λ)의 단위 셀 내에 반사 작용을 하는 전극 핑거가 배치되며, 상기 전극 핑거의 폭과 정확한 위치에 의해 상기 셀의 반사가 조절될 수 있다. 이러한 방식으로, 변환기 위에 실행된 소정의 반사 분포를 갖는 변환기를 제조할 수 있다. 이와 같은 반사 분포는 웨이팅에 뒤따라 올 수 있다.

본 발명은 간략하게는 표면파 변환기, 또는 하기에서는 일반적으로 변환기라고 표기되기도 하는, 표면 음파를 생성하기 위한 인터디지털 변환기에 관한 것이다. 이와 같은 변환기는 각각 버스바(Busbar)로 표기되고 전극 핑거가 매달려 있는 2개의 빗살형 전극으로 이루어진다. 이와 같이 서로에 대해 삽입되는 2개의 빗살형 전극이 하나의 인터디지털 변환기를 형성한다. 표면파 필터는 예컨대 입력 변환기 및 출력 변환기로서 사용되는 두 개의 인터디지털 변환기를 갖는 압전 기판으로 형성될 수 있다. 입력 변환기에서 생성된 표면 음파는 출력 변환기에서 재차 전기 신호로 역변환된다. 경우에 따라서는 변환기가 양측면에서 반사기에 의해 제한할 수 있거나 상기 반사기 안에까지 미칠 수 있는 표면 음파의 동작 구간은 음향 트랙이라고 표기되기도 한다. 중심 주파수에서 전기 음향 변환의 효력은 최적화된다. 상이한 디자인 및 설계에 의해 필터는, 그것의 중심 주파수 가까이에서 원하던 대역폭에 대한 양호한 통과 특성을 갖도록 조절된다. 이러한 대역폭 내에서 필터는 가급적 낮은 삽입 손실, 즉 표면파의 결합 및 전달시 낮은 손실을 가져야만 한다. 이러한 대역폭의 외부에 놓인 신호는 필터에서 감쇠되어야만 한다.

도 1a 내지 1c는 단일 핑거 셀에 사용되는 상이한 3개의 부속품을 도시하고,

도 2a 내지 2c는 상이한 타입의 이중 핑거 셀을 도시하며,

도 3은 본 발명에 따른 기본 셀의 한 예이다.

따라서, 본 발명의 목적은 중심 주파수에 대해 대칭되는 전기 음향 변환시 높은 단방향성을 가지며, 여기 분포 및 반사 분포를 갖는 변환기를 제공하는데 있다.

상기 목적은 본 발명에 따라 청구항 1항에 따른 변환기에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예는 종속항에 제시된다.

공지된 DART 셀을 갖는 변환기에서부터 출발해서 볼 때, 본 발명에 따른 변환기는 마찬가지로 반사 분포를 갖지만, DART 셀의 제한된 규정에 무조건 따를 필요는 없다. 여기 작용을 하는 한 쌍의 전극 핑거와 반사기 핑거 간에는 엄격한 분리가 이루어지지만, 이와 같은 제한이 본 발명에서는 생략된다. 본 발명에 따른 변환기는 전체적으로 대략적인 길이(λ)를 가지며 표면파의 전파 방향으로 연속으로 배열된 n 개의 기본 셀이 형성되며, 이때 상기 λ은 변환기의 중심 주파수를 나타낸다. 상기 변환기는 여기 작용을 하는 기본 셀과 반사 작용을 하는 기본 셀로 분할될 수 있으며, 상기 기본 셀에서 반사값은 단지 정해진 값인 m ×R₀를 가지며, 이때 m은 -2, -1, 0, 1 또는 2와 같은 값을 취할 수 있고 R₀는 기준 반사값이다. 여기서, 0이 아닌 개별 반사값은 동일한 위상 관계()를 갖는다. 위상 관계 및 여기 강도는 모든 여기 작용을 하는 기본 셀 내에 제공되는 여기 작용을 하는 핑거 수와 동일하다. 여기 작용과 반사 작용간의 위상 관계는 변환기의 단방향성을 야기하며, 이때 우선 방향으로는 동일 위상이, 상기 우선 방향의 반대 방향으로는 역상(reversed phase)이 유지된다.

본 발명에 따른 변환기는 더 이상 여기 작용을 하는 핑거와 반사 작용을 하는 핑거로 엄격하게 분할되지 않고, 오히려 여기 작용을 하는 핑거도 핑거 폭과 핑거 위치의 변화에 의해 소정의 위상 관계 및 강도에 최적화되는 반사값을 갖는다. 따라서, 변환기의 단방향성도 높아질 수 있기 때문에, 이와 같은 변환기를 갖는 필터 내에서 삽입 손실이 낮아지고 펄스 응답이 길어지며 주파수 응답 함수(Durchlasskurve:Frequency Response Function)의 통과 대역의 경사도가 커진다.

본 발명에 따른 변환기의 여기 작용을 하는 기본 셀은 전체적으로 여기 작용을 하는 전극 핑거로서 하나의 도체 레일에 접속되는 개별 전극 핑거를 정확하게 하나씩 가질 수 있기 때문에, 단일 핑거 셀 또는 소위 EWC 셀이 형성된다. 또한 여기 작용을 하는 모든 기본 셀이 각각 여기 작용을 하는 전극 핑거로서 공통의 도체 레일에 접속되는 두 개의 전극 핑거로 이루어진 그룹을 갖는 형태로 이루어진 이중 핑거 셀도 가능하다. 이와 같은 셀에서 여기 작용을 하는 전극 핑거는 한 그룹 내에 상이한 핑거 폭, 그리고 항상 λ/4 와 다른 핑거 중심 간격을 갖는다. 상기 이중 핑거 셀은, 여기 작용을 하는 각각의 기본 셀에 대해 더 큰 여기값을 생성할 수 있다는 장점을 갖는다. 이에 반해, 단일 핑거 셀에서는 최소 구조 폭에 따라 대개 여기 작용을 하는 기본 셀의 더 큰 반사값이 유지될 수 있다. 더욱 중요한 것은 모든 여기 작용을 하는 셀이 동일한 여기 강도를 갖는다는 본 발명에 따른 조건으로 인해, 변환기는 바람직하게는 단지 한 종류의 여기 작용을 하는 기본 셀을 가지지만, 단일 핑거 셀 및 이중 핑거 셀을 동시에 포함할 수도 있다.

기본 셀 내에서는 각각 하나의 여기 중심 및/또는 반사 중심을 검출할 수 있다. 본 발명에 따른 기본 셀에서, 그리고 본 발명에 따른 변환기에서 여기 중심과 반사 중심 간의 간격은 3λ/8 이다. 이 간격은 여기값 및 반사값을 전달하는 모든 기본 셀에 적용된다.

본 발명에 따른 변환기에서 반사 작용을 하는 기본 셀에서 반사 강도가 최대화될 수 있다. 이는 모든 셀이 최대 반사를 갖는다는 의미가 아니라, 기준 반사 강도(R₀)가 반사 작용을 하지 않는 기본 셀을 제외한 모든 기본 셀에 해당될 수 있는 최대값으로 조절된다는 의미이다. 그리고 나서, 모든 기본 셀이 최대 반사 강도에 최적화된 후에 최소 반사 강도를 갖도록 형성된 기본 셀의 반사 강도가 기준값(R₀)으로서 사용된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서는 전극 핑거의 핑거 폭과 핑거 간격이 횡방향으로(표면파의 전파 방향에 대해 횡으로) 연속해서 증가되거나 감소되도록 형성된 변환기가 사용된다. 이와 같은 처리는 변환기의 대역폭을 증가시킴으로써, 본 발명에 따른 변환기를 갖고 있는 필터의 대역폭도 증가된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서는 변환기는 포커싱 기능을 하도록 형성되고 에지가 휘어진 전극 핑거를 갖는다. 상기와 같은 변환기는 입력 변환기로서 표면파 필터 내에 삽입되어 분산 손실을 감소시킨다는 장점을 갖는다. 왜냐하면, 포커싱에 의해서도 이와 같은 표면파를 수신 변환기 및 출력 변환기 내에 이르게 할 수있기 때문이다. 이때, 상기 표면파는 직선으로 뻗는 전극 핑거를 갖는 입력 변환기에서는 더 이상 수신 변환기 및 출력 변환기에 도달될 수 없을지도 모른다. 이로 인해 변환기 및 필터의 삽입 손실도 감소된다.

각각의 기본 셀에서 통상적으로 전극 핑거의 전체 핑거 폭 및 전체 핑거 간격은 상이하다. 다시 말하자면, 하나의 기본 셀 내에서는 정해진 핑거 폭 또는 정해진 핑거 간격은 최대 한번 나타난다.

본 발명에 따른 변환기의 바람직한 특성에 의해 상기 변환기는 바람직하게는 단지 본 발명에 의해 낮은 삽입 손실을 가지고 추가로 제조되는 공진 챔버에 의해 연장된 펄스 응답을 갖는 ZF 필터 내에서만 사용되는 것은 아니다.

최적의 변환기 구조를 결정하기 위한 방법은 하기의 첨부된 도면을 참고로 한 실시예에 의해 더 자세히 설명된다. 즉,

핑거 구조, 특히 핑거 폭 및 핑거 간격을 정확하게 결정하기 위해서는 달성가능한 최적의 목적을 일반화해야만 한다. 변환기에 실행되는 최적의 방법은 이미 공지되어 있지만 제한된 규정을 갖기 때문에, 구조화될 셀은 공급될 셀 보다 낮은 자유도를 갖는다. 본 발명에 따른 변환기를 제조하기 위한 최적의 방법에서 문제가 일반화될 수 있기 때문에, 지금까지의 최적의 방법에 적용된 제한들, 특히 핑거 폭과 핑거 위치의 고정된 관계는 소멸된다. 한 셀의 반사 작용의 웨이팅은 지금까지는 단지 금속 증착물 높이에 의해서만 조절될 수 있었다. 이제는 본 발명에 따라 하나 또는 다수의 반사 작용 핑거의 연속적인 폭 변화가 가능해진다.

비여기 상태의 구조물은 중첩의 생략에 의해, 예컨대 핑거 연결 순서의 변화에 의해 여기 상태의 구조물로 직접 형성된다.

최적의 목적을 위한 시작 구조로는 공지된 단일 핑거 셀 및 이중 핑거 셀로 이루어진 기본 셀이 선택된다.

도 1a 내지 1c는 단일 핑거 셀에 사용되는 3개의 상이한 부속품을 보여주며, 상기 도면들에서 신호를 방출하는 도체 레일에는 각각 단지 하나의 전극 핑거가 배열된다. 단일 핑거 셀은 3개 또는 4개의 전극 핑거로 조성될 수 있다.

도 1a는 시작점으로서 사용가능한 비반사 상태의 단일 핑거 셀을 도시하며, 상기 단일 핑거 셀은 λ/8-래스터 내에서 균일한 λ/8-핑거 배열을 가지며, 상기 핑거 배열은 전기 단락시 반사 작용을 하지 않는다.

도 1b는 능동 반사(positive reflection)를 갖는 단일 핑거 셀을 도시하며, 상기 단일 핑거 셀은 λ/8의 핑거 폭과 핑거 간격을 갖는 한 쌍의 전극 핑거 이외에도 3λ/8의 폭을 갖는 반사 작용 전극 핑거도 갖는다.

도 1c는 2개의 전극 핑거의 교체에 의해, 부정 반사(negative reflection)를 갖는 단일 핑거 셀을 하나의 셀로 제조하는 방법을 도시한다. 능동 반사를 갖는 셀과 부정 반사를 갖는 셀 간의 반사의 위상차는 90°이기 때문에, 이러한 단일 핑거 변환기의 변환기 단부에서의 반사의 위상차는 180°이다.

도 2a 내지 2c는 상이한 타입의 이중 핑거 셀을 보여주며, 상기 도면들에서 각각 두 개의 전극 핑거는 신호를 방출하는 도체 레일에 연결된다.

도 2a는 반사 작용을 하지 않는 균일한 λ/8-핑거 배열을 도시한다.

도 2b는 능동 반사를 갖는 이중 핑거 셀을 도시한다.

도 2c는 부정 반사를 갖는 이중 핑거 셀을 도시한다.

위에 언급되었고 공지되어 있는 단일 핑거 셀 및 이중 핑거 셀은 최적화를 위한 출발점으로서 사용된다. 변환기가 전기 접속될 경우, 즉 외부 부하에 접속될 경우, 전극 핑거와 표면파 간의 음향 전기적 반 결합에 의해 변환기의 동작에 영향을 미치는 재생 신호가 발생된다. 따라서, 부하를 받으면서 반사 작용을 하지 않는 변환기는, 파장의 반사된 부분이 정확하게 재생 신호를 말소시킬 수 있도록 최적화될 수 있다. 이를 위해, 적합한 위상 관계 및 이에 상응하는 진폭 상태를 만들어낼 필요가 있다. 그러나, 확실한 사용을 위해서는 본 발명에 따른 변환기에 대한 다른 최적의 목적들도 중요하다.

최종 변환기 구조를 결정하기 위한 최적의 방법에서 이와 같은 모든 사항들이 고려되고 나면, 결국 기본 셀 내부에서 전극 핑거가 상이한 핑거 폭과 핑거 간격을 갖게 되는 본 발명에 따른 변환기로 이르게 된다. 또한 그 결과 최적화 이후에도 위상 오류의 반복적인 최소화가 요구된다.

도 3은 최적화의 결과로서 본 발명에 따른 변환기의, 반사 작용을 하는 이중 핑거 셀을 도시한다. 상기 이중 핑거 셀은 0.1229*λ의 핑거 간격에서 0.0829*λ및 0.1004*λ의 핑거 폭을 갖는 각각 두 개의 이중 핑거를 갖는다. 이는 본 발명에서는 공지된 구조에 비해 전달 함수가 매우 개선되었음을 보여준다. 인접 주파수 선택도(adjacent channel selectivity)는 매우 증가되고 경사도는 더욱 높아지며 삽입 손실은 감소된다.

Claims (8)

1. - 변환기는 표면파의 전파 방향으로 연속으로 배열되고 길이(λ)를 갖는 n개의 기본 셀로 형성되며, 이때 상기 λ는 상기 변환기의 중심 주파수에 상응하는 파장이며,

   - 여기 작용을 하는 기본 셀 및 반사 작용을 하는 기본 셀이 존재하며,

   - 상기 변환기 내에 제공된 개별 기본 셀의 반사값은 강도(mR₀)에 상응하며, 이때 상기 m은 -2, -1, 0, 1 또는 2를 취할 수 있고 R₀는 기준 반사값이며,

   - 상기 변환기 내에 제공된 기본 셀의 0과 다른 각각의 반사값이 동일한 위상 관계인를 가지며,

   - 여기 작용을 하는 모든 기본 셀의 여기가 위상 관계 및 여기 강도에 있어서 동일하며,

   - 여기 작용을 하는 모든 기본 셀에서 여기 작용 핑거의 수가 동일하며,

   - 여기 작용 및 반사 작용이 한 반향으로는 동일 위상이지만, 반대 방향으로는 역상이 되도록 제공된, 최적의 반사력을 갖는 표면파 필터용 변환기.
2. 제 1항에 있어서,

   여기 작용을 하는 기본 셀 마다 도체 레일에 접속되는 개별 전극 핑거가 정확하게 하나씩 제공되며, 상기 전극 핑거는 기본 셀에 제공된, 하나 또는 나머지다수의 전극 핑거와는 다른 핑거 폭과 핑거 위치를 갖도록 제공된 변환기.
3. 제 1항에 있어서,

   여기 작용을 하는 기본 셀 마다 각각 2개의 전극 핑거로 이루어진 그룹이 공통의 도체 레일에 연결되며, 상기 도체 레일은 상기 그룹 내에서 각각 상이한 핑거 폭 및 λ/4 와 다른 핑거 중심 폭을 갖도록 제공된 변환기.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 여기 작용을 하는 기본 셀 내에서 여기 중심과 반사 중심 간의 간격이 3/8 λ이 되도록 제공된 변환기.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 전극 핑거의 핑거 폭 및 상기 전극 핑거의 간격이 횡방향으로 상승하도록 제공된 변환기.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

   포커싱 기능을 갖도록 형성되고 휘어진 에지를 갖는 전극 핑거를 갖도록 제공된 변환기.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

   각각의 기본 셀에서 상기 전극 핑거의 전체 폭 및 간격이 상이하도록 제공된 변환기.
8. 낮은 삽입 손실 및 연장된 펄스 응답을 갖는 ZF 필터용으로 사용되는 상기 항들 중 어느 한 항에 따른 변환기의 용도.