KR20050095028A - Ｄｍｓ모드의 쏘 필터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 삽입손실은 감소시키고 공진 Q 값은 상승시켜 필터링 특성을 개선한 DMS 모드의 쏘 필터를 제공하기 위한 것으로서, 상기 쏘 필터는 서로 다른 주기를 갖는 다수의 IDT전극을 구비하고 상기 다수의 IDT 전극중 중심에 위치한 IDT 전극을 기준으로 좌우의 IDT 전극이 대칭되도록 형성된 제1 IDT; 각각 서로 다른 주기를 갖는 다수의 IDT전극을 구비하고 상기 제1IDT의 중심 전극을 기준으로 좌우측에 상호 대칭되도록 형성된 제2,3IDT 및 각각 상기 제2/3IDT의 좌우측에 각각 형성되어 발생된 표면탄성파를 중심방향으로 반사시키는 반사기로 이루어진다.

Description

ＤＭＳ모드의 쏘 필터{SAW filter of DMS mode}

본 발명은 DMS 모드의 쏘 필터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 삽입손실은 감소시키면서 공진 Q 값은 상승시켜 필터링 특성을 개선한 DMS 모드의 쏘 필터에 관한 것이다.

일반적으로 표면탄성파(Surface Acoustic Wave)는 기판의 표면을 따라 전달되는 파동을 나타내는것으로서, 기판의 깊이 방향으로 급격히 감쇄되는 특징을 지닌다. 쏘(SAW : Surface Acoustic Wave) 필터는 이러한 특징을 주파수 선택기능 소자로 응용한 것이다.

즉, 쏘 필터는 압전성을 가진 기판에 금속 전극으로 빗살무늬 형태의 변환기를 형성해 전계를 걸면 일시적으로 기판 표면이 뒤틀리는데, 이 작용을 이용하여 물리적인 파를 일으키는 것으로서, 이렇게 발생된 표면탄성파는 전자파보다 느리기 때문에, 전기신호의 지연이나 특정주파수 신호만을 통과시킨다.

이때, 상기 압전성을 가진 기판에 형성되는 금속전극을 인터디지털 트랜스듀서(Interdigital Trancducer, 이하 IDT라 한다)라 하는데, 이는 압전체에 전기적 신호를 인가하고 압전체에 발생된 표면탄성파를 전기신호로 변환하는 기능을 수행한다. 상기 IDT는 빗살형태로 다수의 전극지를 교대로 교차시켜 형성한다.

이러한 쏘 필터는 그 구조에 따라서 여러가지 타입으로 나누어지는데, 그 중에서 DMS(Double Mode SAW) 필터는 두 가지 모드의 표면탄성파를 필터링 또는 지연시킬 수 있는 필터로서, 일반적으로 도 1과 같이 구성된다.

도 1을 참조하면, DMS 용 필터는 다수의 전극지(16)를 갖는 빗살형태의 두 전극패턴을 각 전극지가 서로 교차되도록 배치된 제1~제3IDT(11~13)을 표면탄성파의 진행방향과 평행하게 순서대로 형성되고, 상기 제2, 제3IDT(12,13)의 양 측에 반사기(14,15)가 형성되어 이루어진다. 상기에서 제1IDT(11)를 기준으로 제2,3IDT(12,13)는 그 좌우측에 각각 배치된다. 그리고, 상기 제1~제3IDT(11~13) 의 상/하부 전극은 각각 신호 입출력단자(S1~S6)에 연결된다.

상기와 같은 구성에 있어서, 제1~제3IDT(11~13)의 동일 방향 또는 일부 다른 방향의 일단을 그라운드에 연결시키고, 중심에 위치한 제1IDT(11)의 나머지 단으로 소정의 전기신호를 인가할 경우, 사이드에 위치한 제2,3IDT(12,13)의 다른 단으로부터 각각 소정의 전기신호를 인출할 수 있다. 이때, 상기 제2,3IDT(12,13)가 상호 동상인지 역상인지에 따라서, 서로 다른 위상을 갖는 평형신호가 출력될 수 도 있고, 동 위상의 동일신호가 두 개 출력될 수 도 있다.

반대로, 상기 제2,3IDT(12,13)의 일단(S2,S6)과 제1IDT(11)의 일단(S3)을 그라운드로 연결시키고, 상기 제2,3IDT(11,13)의 다른 단(S1,S5)에 공통으로 소정의 전기신호를 인가하면, 상기 제1IDT(11)의 나머지 단(S4)으로 상기 SAW필터에서 발생되는 파장의 표면탄성파에 대응하는 주파수를 갖는 전기신호를 얻을 수 있다.

이러한 DMS 모드 SAW 필터를 포함하는 모든 SAW 필터는 사이즈의 소형화와, 신호에 대한 저손실화를 추구하는 방향으로 발전해 오고 있는데, 지금까지의 소형화 및 저손실화는 IDT의 배치방법이나 웨이팅(weighting)등에 변화를 주는 형태로 실현되어 왔다. 그러나, 이러한 방식으로는 최근에 점점 더 까다로와지는 규격을 맞추기가 어렵다.

특히, 종래의 DMS 모드 SAW 필터의 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 반사기(24,25)과 제1~제3IDT(21~23)의 IDT 주기는 서로 다르게 구현되지만, 제1~제3IDT(21~23)의 전극들은 모두 동일한 전극 주기(T)를 갖는다. 그리고, 상기 제1~제3IDT(21~23)의 상호 인접한 IDT 간 간격(L1,L2)은 통상적으로 (여기서, n=1,2,3,..., λ=파장)로 설계되어 왔다.

이와 같은 종래 구조의 DMS용 SAW 필터는 사이즈가 더 소형화될 경우, 삽입손실이 나빠지고, 샤프한 컷오프특성을 얻기가 어려웠다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 삽입손실은 감소시키면서 공진 Q 값은 상승시켜 필터링 특성을 개선한 DMS 모드의 쏘 필터를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명에 의한 DMS 모드 쏘 필터는,

서로 다른 주기를 갖는 다수의 IDT전극을 구비하고 상기 다수의 IDT 전극중 중심에 위치한 IDT 전극을 기준으로 좌우의 IDT 전극이 대칭되도록 형성된 제1 IDT;

각각 서로 다른 주기를 갖는 다수의 IDT전극을 구비하고 상기 제1IDT의 중심 전극을 기준으로 서로 상호 대칭되도록 상기 제1IDT의 좌우측에 각각 형성되는 제2,3IDT; 및

각각 상기 제2,3IDT의 좌우측에 각각 형성되어 발생된 표면탄성파를 중심방향으로 반사시키는 반사기로 이루어진다.

더하여, 본 발명에 의한 DMS 모드 쏘필터에 있어서, 상기 제1 ~ 제3IDT의 전체 전극 개수에 대하여, 제1~제3IDT 중 서로 다른 주기를 갖는 전극의 개수 비율이 0.3 ~ 0.5인 것이, 넓은 대역폭 및 낮은 리플 특성을 얻는데 바람직하다.

또한, 본 발명에 의한 DMS 모드 쏘 필터에 있어서, 제1IDT에서 중심전극의 전극주기에 대한 좌,우측 전극들의 전극비율을 모두 더한 값을 W11,12라 하고, 상기 제2IDT에서, 중심전극을 기준으로 중심전극의 주기에 대하여 좌/우측에 위치한 전극의 주기 비율을 더한 값을 각각 W21,W22이라고, 상기 제3IDT에서 중심전극을 기준으로 좌/우측에 위치한 전극의 주기 비율을 더한 값을 각각 W31,W32라 할 때 (여기서, 제1IDT의 중심전극을 기준으로 쏘 필터의 좌우가 대칭을 이루므로 W11=W12, W21=W32, W22 = W31 이다), 상기 W11,W12는 0.04~0.09, W21,W32는 0.04~0.06, W22,W31은 0.17~0.24, 인 것이, 소형화 구조에서, 낮은 삽입손실 및 높은 Q특성을 얻는데 바람직하다.

더하여, 본 발명에 의한 DMS 모드 쏘 필터에 있어서, 상기 W11 + W22(여기서, W11=W12, W22=W31이다)는 0.24~0.29의 범위인 것이 보다 낮은 삽입손실을 얻는데 바람직하다.

더하여, 본 발명에 의한 DMS 모드 쏘 필터에 있어서, 상기 제1~제3IDT 간의 간격은 0 로 할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 DMS 용 쏘 필터의 구조 및 작용에 대하여 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 DMS 용 쏘 필터의 단면구조도로서, 상기 쏘 필터는 서로 다른 주기를 갖는 다수의 IDT전극이 중심전극(E1)을 기준으로 좌우 대칭되는 전극의 주기가 동일한 제1 IDT(31)와, 서로 다른 주기를 갖는 다수의 IDT전극이 중심전극(E2)을 기준으로 좌우 대칭되는 지점에서 같은 주기를 갖도록 상기 제1 IDT(31)의 좌측에 형성된 제2 IDT(32)와, 서로 다른 주기를 갖는 다수의 IDT전극이 중심전극(E3)을 기준으로 좌우 대칭되는 지점에서 같은 주기를 갖도록 상기 제1IDT(31)의 우측에 형성된 제3 IDT(33)와, 각각 상기 제2,3IDT(32,33)의 좌,우측 에 형성되어 표면탄성파를 중심방향으로 반사시키는 제1,2반사기(34,35)로 이루어진다.

이때, 본 발명에 의한 DMS 모드용 쏘 필터는, 상기 제1IDT(31)의 중심전극(E1)을 기준으로 좌,우측이 서로 대칭을 이룬다. 즉, 상기 제2IDT(32)와 제3IDT(33)는 상기 제2IDT(32)의 중심전극(E2)를 기준으로 서로 대칭되고, 상기 제1IDT(31)의 전극들도 중심전극(E1)를 기준으로 좌,우측이 대칭된다.

또한, 상기 DMS 모드용 쏘 필터에 있어서, 상기 제1~제3IDT(31~33)는 중심전극(E1~E3)을 기준으로 하는 중심부근에 중심전극(E1~E3)와 동일 주기를 갖는 전극을 다수개 형성할 수 있으며, DMS 모드용 쏘필터의 전체 전극수에서 이렇게 동일한 주기를 갖는 전극의 비율이 0.5 ~ 0.7의 범위이고, 서로 다른 주기를 갖는 전극의 비율은 0.3~0.5인 것이 바람직하다. DMS 모드용 쏘필터중 0.3~0.5의 범위로 서로 다른 주기를 갖는 전극을 형성하고, 그 나머지 전극은 동일한 주기를 갖도록 형성할때, 상기 필터는 대역폭내에서의 낮은 삽입손실 및 높은 컷 오프특성을 얻을 수 있는데 반하여, 서로 다른 주기를 갖는 전극수를 0.3보다 작은 비율로 형성하고, 0.5보다 많이 형성하는 경우, 통과대역폭이 좁아지며 통과대역내의 리플성분의 크기가 커지기 때문에 바람직하지 않다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1~제3IDT(31~33) 각각에 있어서, 중심전극(E1~E3)를 기준으로 좌,우측에 대하여, 각각 중심전극의 주기에 대한 전극의 비율을 구하여 더한 값을 각각 W11,W12,W21,W22,W31,W32라 한다. 여기서, 제1IDT(31)의 중심전극(E1)을 기준으로 쏘 필터의 좌,우측이 상호 대칭을 이루므로, 상기 값중 W11=W12, W21=W32, W22=W31 이다.

본 발명에 의한 DMS 모드 쏘 필터의 필터 특성을 비교하기 위하여, 상기 W11(=W12), W21(=W32), W22(=W31)을 변화시키면서, 필터 특성, 즉, 통과대역폭내의 삽입손실 및 리플 크기를 측정한 결과, 다음의 표 1과 같이 나타났다.

항 목	시뮬레이션1	시뮬레이션2	시뮬레이션3	시뮬레이션4
W21(=W32)	0.05	0.01	0.05	0.05
W22(=W31)	0.18	0.18	0.29	0.18
W11(=W12)	0.07	0.07	0.07	0.14
삽입손실(dB)	2.6	2.9	3.2	2.9
리플(dB)	1.2	1.5	1.6	1.4

상기 표 1의 결과를 살펴보면, W21(=W32)을 0.01로 한 시뮬레이션2에서는 삽입 손실 및 리플 성분의 크기가 시뮬레이션 1에 비하여 크게 나타났다. 또한, W22(=W31)를 0.29로 한 시뮬레이션3에서도 삽입손실 및 리플 성분의 크기가 시뮬레이션2와 마찬가지로 시뮬레이션1에 비하여 크게 나타났다. 또한, W21(=W22)가 0.14인 시뮬레이션 4에서도 삽입손실이나 리플특성이 시뮬레이션 1에 비하여 크게 나타났다.

이러한 시뮬레이션을 통해 확인한 결과, W21(=W32)는 0.04~0.06, W22(=W31)는 0.17~0.24, W11(=W12)는 0.04~0.09의 범위일 때, 해당 쏘 필터에서 좋은 특성, 즉, 상기 범위내에서 전극 주기를 다르게 설계할 때, 낮은 삽입손실 및 높은 컷오프의 특성을 얻을 수 있었다.

더하여, 상기 W12 + W21는 0.24~0.29의 범위이내일때, 더 낮은 삽입손실을 얻을 수 있었다.

아래의 표 2는 본 발명의 일실시예에 의한 DMS 모드용 쏘 필터의 스펙을 보인 것이다.

	종래 구조	본 발명에 의한 구조
좌측 반사기의 전극 주기	4.09 ㎛(69쌍)	4.09㎛(90쌍)
좌측 반사기와 제2IDT의 간격	0 ㎛	0 ㎛
제2IDT의 전극 주기	4.0 ㎛ (11.5쌍)	3.786 ㎛ (1쌍)3.982 ㎛ (2쌍)3.99 ㎛ (6.5쌍)3.798 ㎛ (1쌍)3.38 ㎛ (1쌍)
제2IDT와 제1IDT의 간격	6 ㎛ (=1.5 ×IDT 주기)	0 ㎛
제1IDT의 전극 주기	4.0 ㎛ (14.5쌍)	3.9 ㎛ (1쌍)3.896 ㎛ (1쌍)3.952 ㎛ (1쌍)3.976 ㎛ (8.5쌍)3.952 ㎛ (1쌍)3.896 ㎛ (1쌍)3.9 ㎛ (1쌍)
제1IDT와 제3IDT의 간격	6 ㎛ (=1.5 ×IDT 주기)	0 ㎛
제3IDT의 전극 주기	4.0 ㎛ (11.5쌍)	3.38 ㎛ (1쌍)3.798 ㎛ (1쌍)3.99 ㎛ (6.5쌍)3.982 ㎛ (2쌍)3.786 ㎛ (1쌍)
제3IDT와 우측 반사기의 간격	0 ㎛	0 ㎛
우측 반사기의 전극 주기	4.09 ㎛(69쌍)	4.09 ㎛(69쌍)

상기 표 2를 보면, 제2 IDT의 중심을 기준으로 쏘 필터 전체의 좌, 우측이 대칭되며, 제1~제3IDT의 간격은 0이다.

예를 들어, 상기와 같은 스펙을 갖는다고 할 때, 상기 제1IDT(31)의 좌측 주기비율의 합 W11은 로 계산되며, 이는 상술한 W11의 범위 0.04~0.06에 해당된다. 즉, 상기 표 1의 스펙은 앞서 W11~W32의 한정범위를 모두 만족시킨다.

상기 표 2에 스펙에 따라 종래 구조와 본 발명에 따른 구조를 갖는 중심주파수 836.5MHz의 CDMS용 쏘 필터를 실제로 구현하여 그 특성을 실험하였다.

상기 실험결과는 도 4의 그래프와 같이 측정되었다.

상기 쏘 필터의 통과대역폭은 대략 8.36.5 ±12.5MHz로서, 상기 대역내에서의 삽입손실을 비교해 보면, 종래 구조에 의한 경우 리플 성분이 많고 그 폭이 크게 발생하였으나, 본 발명에 의한 구조의 경우, 리플 성분이 거의 나타나지 않아 삽입손실이 개선됨을 알 수 있다. 또한, 통과대역의 저주파측에서 높은 컷 오프특성이 나타남을 알 수 있다.

이상과 같이, 본 발명과 같인 전극의 주기를 각각 다르게 형성할 경우, 통과대역폭내의 리플성분을 제거하여 삽입손실이 감소된다. 따라서, 동일 사이즈인 경우, 종래 구조의 쏘 필터에 비하여 더 나은 특성을 나타냄으로서 소형화를 도모할 수 있게 된다.

상술한 바에 의하면, 본 발명의 DMS 쏘 필터는 전극지의 수나 IDT 구조변경없이, 통과대역내에서 종래에 비하여 리플 성분의 발생을 줄여 삽입손실을 감소시키는 효과가 있으면서, 또한, 컷 오프특성을 개선할 수 있는 우수한 효과가 있다.

도 1은 DMS 모드의 쏘 필터의 기본 구성을 나타낸 모식도이다.

도 2는 종래의 DMS 모드의 쏘 필터에서의 IDT 전극 구조를 설명하는 단면도이다.

도 3은 본 발명에 의한 DMS 모드 쏘 필터에서의 IDT 전극 구조를 도시한 단면도이다.

도 4는 본 발명에 의한 DMS 모드 쏘 필터의 시뮬레이션 결과를 보이는 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

11, 21, 31 : 제1 인터디지털 트랜스듀서(IDT)

12, 22, 32 : 제2 인터디지털 트랜스듀서(IDT)

13, 23, 33 : 제3 인터디지털 트랜스듀서(IDT)

14, 15, 24, 25, 34, 35 : 반사기

T : IDT 주기

L1, L2 : IDT 간 거리

Claims (5)

1. 서로 다른 주기를 갖는 다수의 IDT전극을 구비하고 상기 다수의 IDT 전극중 중심에 위치한 IDT 전극을 기준으로 좌우의 IDT 전극이 대칭되도록 형성된 제1 IDT;

   각각 서로 다른 주기를 갖는 다수의 IDT전극을 구비하고 상기 제1IDT의 중심 전극을 기준으로 서로 상호 대칭되도록 상기 제1IDT의 좌우측에 각각 형성되는 제2,3IDT; 및

   각각 상기 제2,3IDT의 좌우측에 각각 형성되어 발생된 표면탄성파를 중심방향으로 반사시키는 반사기

   으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 DMS모드용 쏘 필터.
2. 제 1 항에 있어서,

   제1 ~ 제3IDT의 전체 전극 개수에 대하여, 제1~제3IDT 중 서로 다른 주기를 갖는 전극의 개수 비율이 0.3 ~ 0.5인 것을 특징으로 하는 DMS 모드용 쏘 필터.
3. 제 1 항에 있어서,

   제1IDT에서 중심전극의 전극주기에 대한 좌,우측 전극들의 전극비율을 모두 더한 값을 W11,12라 하고, 상기 제2IDT에서, 중심전극을 기준으로 중심전극의 주기에 대하여 좌/우측에 위치한 전극의 주기 비율을 더한 값을 각각 W21,W22이라고, 상기 제3IDT에서 중심전극을 기준으로 좌/우측에 위치한 전극의 주기 비율을 더한 값을 각각 W31,W32라 할 때 (여기서, 제1IDT의 중심전극을 기준으로 쏘 필터의 좌우가 대칭을 이루므로 W11=W12, W21=W32, W22 = W31 이다),

   상기 W11,W12는 0.04~0.09, W21,W32는 0.04~0.06, W22,W31은 0.17~0.24, 인 것을 특징으로 하는 DMS 모드용 쏘 필터.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 쏘 필터는

   상기 W11 + W22(여기서, W11=W12, W22=W31이다)이 0.24~0.29의 범위인 것을 특징으로 DMS 모드용 쏘 필터.
5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제1~제3IDT 서로 간의 간격 0 인 것을 특징으로 하는 DMS 모드용 쏘 필터.