KR20080028427A - 탄성파 필터장치 - Google Patents

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Abstract

평형-불평형 변환기능을 갖는 탄성파 필터장치로서, 한 쌍의 평형 단자간의 신호의 평형도가 개선된 탄성파 필터장치를 제공한다.
즉, 압전기판(101)상에 있어서, 적어도 하나의 종결합 공진자형 탄성파 필터(110)의 일단과, 나머지 탄성파 필터 중 적어도 하나의 탄성파 필터(120)의 일단이 공통 접속되고, 불평형 단자(104)에 접속되어 있으며, 종결합 공진자형 탄성파 필터(110, 120)의 각 타단이, 제1, 제2의 평형 단자(104a, 104b)에 각각 전기적으로 접속되어 있고, 불평형 단자로부터 입력된 신호가, 제1의 평형 단자로부터 출력되는 신호와, 제2의 평형 단자(104b)로부터 출력되는 신호와의 위상이 약 180°가 되도록 구성되어 있으며, 종결합 공진자형 탄성파 필터(110)에 있어서의 탄성파의 전파방향과, 종결합 공진자형 탄성파 필터(120)에 있어서의 탄성파의 전파방향이 다른 탄성파 필터장치(100)을 제공하는 것을 특징으로 한다.
압전기판, 종결합 공진자형 탄성파 필터, 평형 단자, 불평형 단자

Description

탄성파 필터장치{ELASTIC WAVE FILTER}
본원 발명은 탄성 표면파나 탄성 경계파를 이용한 탄성파 필터장치에 관한 것으로, 특히 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성파 필터가 동일 압전기판에 형성되어 있고, 또한 평형-불평형 변환기능을 갖는 탄성파 필터장치에 관한 것이다.
종래, 휴대전화기 등의 통신기의 대역 필터로서, 탄성 표면파 필터가 널리 이용되고 있다. 또한 최근에는 탄성 표면파 대신에 탄성 경계파를 이용한 탄성 경계파 필터도 주목되고 있다.
그런데, 휴대전화의 RF단에 사용되는 대역 필터에서는, 평형-불평형 변환기능을 갖는 것이 요구되고 있다. 평형-불평형 변환기능을 갖는 탄성파 필터를 대역 필터로서 이용함으로써, 발룬(balun)을 생략할 수 있고, 소형화를 도모할 수 있다.
하기의 특허문헌 1에는, 이러한 평형-불평형 변환기능을 갖는 탄성 표면파 필터가 개시되어 있다.
도 8은, 특허문헌 1에 기재된 탄성 표면파 필터의 전극구조를 나타내는 평면도이다. 탄성 표면파 필터(501)는, 압전기판상에 도시한 전극구조를 형성한 구조를 갖는다. 여기서는, 탄성 표면파 전파방향을 따라 제1∼제3의 IDT(502∼504)가 배치되어 있다. IDT(502∼504)가 형성되어 있는 영역의 표면파 전파방향 양측에 반사 기(505, 506)가 배치되어 있다.
중앙의 IDT(503)의 일단이 불평형 단자(507)에 접속되어 있고, 양측의 IDT(502, 504)의 일단이 제1, 제2의 평형 단자(508, 509)에 각각 전기적으로 접속되어 있다.
탄성 표면파 필터(501)에서는, 불평형 단자(507)로부터 평형 단자(508)로 흐르는 신호의 위상과, 불평형 단자(507)로부터 평형 단자(509)로 흐르는 신호의 위상이 역상(逆相)이 되도록 IDT(502, 504)가 구성되어 있다. 그리고 평형도를 개선하기 위해서, IDT(502)에 교차폭 웨이팅(cross-width weighting)이 실시되어 있다.
특허문헌 1:일본국 공개특허 2002-374147호 공보
종래의 평형-불평형 변환기능을 갖는 탄성 표면파 필터에서는, 제1, 제2의 평형 단자로부터 입출력되는 평형 신호간의 평형도를 높이는 것이 강하게 요구되고 있다. 특허문헌 1에 기재된 탄성 표면파 필터(501)에서는, 상기와 같이, 한쪽의 평형 단자(508)에 접속되어 있는 IDT(502)에 있어서 교차폭 웨이팅을 실시함으로써, 평형도의 개선이 도모되고 있다. 즉, IDT(502, 504)로부터 출력되는 신호의 탄성 표면파의 수취 여진상황을 매칭하기 위해서, 적어도 한쪽의 IDT(502)에 웨이팅이 실시되어 있다.
그러나 단순히 웨이팅에 의해 IDT(502)측에 있어서의 탄성 표면파의 수취 여진량과, IDT(504)측에 있어서의 탄성 표면파의 수취 여진량을 매칭하는 것은 곤란하기 때문에, 평형도를 충분하면서 높은 정밀도로 하는 것은 곤란했다.
더욱이, IDT(502, 504)에 있어서의 탄성 표면파의 수취 여진량을 매칭하는 웨이팅을 설계하는 작업도 곤란했다.
본 발명의 목적은, 상술한 종래 기술의 결점을 해소하고, 한 쌍의 평형 단자간에 있어서의 신호의 평형도를 간단하면서 효과적으로 높이는 것이 가능하게 되어 있는 탄성파 필터장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따르면, 압전기판과, 상기 압전기판상에 형성되어 있고, 복수의 IDT 전극과 제1, 제2의 단자를 갖는 제1의 종결합 공진자형 탄성파 필터와, 상기 압전기판상에 형성되어 있고, 복수의 IDT 전극과 제3, 제4의 단자를 갖는 제2의 종결합 공진자형 탄성파 필터를 구비하고, 적어도 통과 대역 내에 있어서, 동일 신호를 상기 제1의 단자 및 제3의 단자에 입력했을 때에, 상기 제2의 단자로부터 출력되는 신호와, 제4의 단자로부터 출력되는 신호와의 위상차가 거의 180℃이며, 상기 제1, 제3의 단자가 공통 접속되어 불평형 단자에 접속되어 있고, 상기 제2, 제4의 단자가, 각각 제1, 제2의 평형 단자로 되어 있는 평형-불평형 변환기능을 갖는 탄성파 필터장치에 있어서, 상기 제1의 종결합 공진자형 탄성파 필터에 있어서의 탄성파의 전파방향과, 상기 제2의 종결합 공진자형 탄성파 필터에 있어서의 탄성파의 전파방향이 다른 것을 특징으로 하는 탄성파 필터장치가 제공된다.
본 발명에 따른 탄성파 필터장치가 갖는 특정한 국면에서는, 상기 제1의 평형 단자로부터 출력되는 필터 파형(波形)의 통과 대역에 있어서의 삽입손실과, 상기 제2의 평형 단자로부터 출력되는 필터 파형의 통과 대역에 있어서의 삽입손실의 차이가 ±1dB 이하가 되도록, 상기 제1의 종결합 공진자형 탄성파 필터의 탄성파의 전파방향과, 상기 제2의 종결합 공진자형 탄성파 필터의 탄성파의 전파방향이 다르게 되어 있다.
본 발명에 따른 탄성파 필터 장치의 또 다른 특정한 국면에서는, 상기 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성파 필터 중, 복수의 IDT에 있어서의 IDT-IDT간에서의 탄성파의 수취 여진이 보다 강하게 생기는 측의 종결합 공진자형 탄성파 필터의 전기기계 결합계수가, 다른쪽의 종결합 공진자형 탄성파 필터의 전기기계 결합계수보다도 작게 되어 있다.
본 발명에 따른 탄성파 필터장치의 또 다른 특정한 국면에서는, 상기 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성파 필터 중 적어도 한쪽이 탄성 표면파 필터이다.
본 발명에 따른 탄성파 필터장치의 또 다른 특정한 국면에서는, 상기 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성파 필터 중 적어도 한쪽이 탄성 경계파 필터이다.
본 발명에 따른 탄성파 필터장치의 또 다른 특정한 국면에서는, 상기 압전기판이 LiNbO3로 이루어지고, 상기 압전기판상에 있어서 상기 IDT를 덮도록 유전체막이 형성되어 있으며, 상기 LiNbO3 기판의 오일러각의 Φ 및 θ가, -31°≤Φ≤31°이면서 90°≤θ≤130°의 범위에 있고, 상기 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성파 필터에 있어서, 오일러각의 Ψ가 0°≤Ψ≤60°의 범위 내로 되어 있다.
본 발명에 따른 탄성파 필터장치에서는, 바람직하게는 상기 IDT가 Al, Ti, Pt, Fe, Ni, Cr, Cu, Ag, W, Ta 및 Au로 이루어지는 군에서 선택한 금속 혹은 그 금속을 주체로 하는 합금으로 이루어진다.
본 발명에 따른 탄성파 필터장치의 다른 특정한 국면에서는, 상기 유전체막이 SiO2, SiN, 수정, LBO, 랑가사이트(langasite) 및 랑가나이트(langanite)로 이루어지는 군에서 선택한 한 종의 유전체로 이루어진다.
(발명의 효과)
본 발명에 따른 탄성파 필터장치에서는, 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성파 필터의 각 일단을 불평형 단자로, 각 타단을 제1, 제2의 평형 단자로 접속하여 이루어지는 평형-불평형 변환기능을 갖는 탄성파 필터장치에 있어서, 제1의 종결합 공진자형 탄성파 필터에 있어서의 탄성파의 전파방향과, 제2의 종결합 공진자형 탄성파 필터에 있어서의 탄성파의 전파방향이 다르기 때문에, 제1, 제2의 평형 단자간에 있어서의 신호의 평형도를 효과적으로 개선할 수 있다. 이는, 이하의 이유에 의해서이다.
제1의 종결합 공진자형 탄성파 필터와, 제2의 종결합 공진자형 탄성파 필터에서는, 신호의 위상을 역상으로 하기 위해서, 일부의 IDT의 극성이 반대로 되어 있다. 그 때문에, 제1의 종결합 공진자형 탄성파 필터에 있어서의 IDT-IDT 경계부에서의 탄성파의 수취 여진강도가, 대응하는 제2의 종결합 공진자형 탄성파 필터의 IDT-IDT 경계부에서의 탄성파의 수취 여진강도와 다를 수밖에 없다. 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성파 필터의 설계 파라미터가, 상기 구성을 제외하고 완전히 동일한 경우, IDT-IDT 경계부에 있어서의 탄성파의 수취 여진강도가 강한 측에 있어서, 통과 대역폭은 커지고, 그 때문에 평형 단자간에 있어서의 신호의 평형도가 악화하고 있다고 생각된다.
이에 비해 본 발명에서는, 제1의 종결합 공진자형 탄성파 필터의 탄성파 전파방향과, 제2의 종결합 공진자형 탄성파 필터에 있어서의 탄성파 전파방향이 다르고, 양자의 전기기계 결합계수가 다르게 되어 있다. 전기기계 결합계수가 작아지면, 종결합 공진자형 탄성파 필터의 통과 대역폭은 작아지고, 전기기계 결합계수가 커지면, 통과 대역폭은 커지게 된다.
본 발명에서는, 제1의 종결합 공진자형 탄성파 필터 및 제2의 종결합 공진자형 탄성파 필터 중, 상술한 IDT-IDT 경계부에 있어서, 제2의 탄성파의 수취 여진이 상대적으로 강하게 행해지는 측의 필터에서의 전기기계 결합계수가 작아지도록, 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성파 필터의 탄성파 전파방향이 다르게 되어 있다. 즉, 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성파 필터에 있어서의 탄성파 전파방향을 다르게 함으로써, 각각의 전기기계 결합계수를 독립적으로 최적화하고, 상기와 같이 탄성파의 수취 여진이 강하게 행해지는 측의 전기기계 결합계수를 작게 함으로써, 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성파 필터의 통과 대역폭이 매칭된다. 따라서, 제1, 제2의 탄성파 필터에 있어서의 전송특성이 비슷해지고, 평형 신호의 평형도를 효과적으로 개선하는 것이 가능하도록 되어 있다.
다시 말하면, 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성파 필터 중, IDT-IDT 경계부에 있어서, 탄성파의 수취 여진이 강하게 행해지는 측의 필터, 즉 통과 대역이 커지는 측의 필터의 전기기계 결합계수가, 다른쪽의 종결합 공진자형 탄성파 필터의 전기기계 결합계수보다도 작아지도록 탄성파 전파방향이 다르게 되어 있음으로써, 양자의 통과 대역폭이 매칭되고, 평형도가 개선되어 있다.
따라서 본 발명에 따르면, 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성파 필터에 있어서의 탄성파 전파방향을 다르게 하기만 하면 되기 때문에, 곤란한 설계작업을 수반하지 않고 간단하면서 게다가 효과적으로 평형도를 개선하는 것이 가능해진다.
제1의 종결합 공진자형 탄성파 필터에 접속되어 있는 제1의 평형 단자로부터 출력되는 필터 파형의 통과 대역에 있어서의 삽입손실과, 제2의 종결합 공진자형 탄성파 필터에 접속되어 있는 제2의 평형 단자로부터 출력되는 필터 파형의 통과 대역에 있어서의 삽입손실과의 차이가 ±1dB 이하가 되도록, 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성파 필터의 탄성파의 전파방향이 다르게 되어 있는 경우에는, 역위상 신호의 진폭의 소거(cancellation)가 효율적으로 행해지고, 그것에 의해 평형도를 보다 한층 개선할 수 있다.
한편, 제1의 평형 단자로부터 출력되는 필터 파형의 통과 대역에 있어서의 삽입손실과, 제2의 평형 단자로부터 출력되는 필터 파형의 통과 대역에 있어서의 삽입손실과의 차이가 ±1dB 이하라는 것은, 쌍방 필터의 통과 대역에서 동일 주파수로 관측되는 삽입손실의 차이가 모두 ±1dB 이하라는 것을 의미한다.
특히, 제1의 평형 단자로부터 출력되는 필터 파형의 통과 대역폭과, 제2의 평형 단자로부터 출력되는 필터 파형의 통과 대역폭이 동일해지도록 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성파 필터의 탄성파의 전파방향이 선택되어 있는 경우에는, 보다 한층 제1, 제2의 평형 단자간의 신호의 평형도를 개선할 수 있다.
또한, 복수의 IDT에 있어서의 IDT-IDT간의 탄성파의 수취 여진이 강하게 생기는 측의 종결합 공진자형 탄성파 필터의 전기기계 결합계수가, 다른쪽의 종결합 공진자형 탄성파 필터의 전기기계 결합계수보다도 작아지도록 되어 있는 경우에는, 그것에 의해 제1, 제2의 평형 단자간의 신호의 평형도를 높일 수 있다.
본 발명에서는, 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성파 필터 중 적어도 한쪽은 탄성 표면파 필터여도 된다. 이 경우에는, 본 발명에 따라서, 평형도가 뛰어난 탄성 표면파 필터장치를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에서는, 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성파 필터 중 적어도 한쪽이 탄성 경계파를 이용하고 있어도 되는데, 그 경우에는, 본 발명에 따라서, 평형도가 뛰어난 탄성 경계파 필터장치를 제공하는 것이 가능해진다.
압전기판이 LiNbO3로 이루어지고, IDT를 포함하는 압전기판상에 유전체막이 형성되어 있으며, 상기 압전기판의 오일러각 중 Φ 및 θ가, -31°≤Φ≤31°이면서 90°≤θ≤130°의 범위에 있고, 제1, 제2의 탄성파 필터의 Ψ가 0°≤Ψ≤60°의 범위인 경우에는, 전파방향인 오일러각 Ψ를 상기와 같이 0°∼60°의 범위로 변화시킴으로써, 전기기계 결합계수(K2)를 넓은 범위로 변화시킬 수 있다. 또한 이 범위로 함으로써, 탄성파 경계파의 전파손실을 저감할 수 있고, 삽입손실을 저감할 수 있다.
IDT가 Al, Ti, Pt, Fe, Ni, Cr, Cu, Ag, W, Ta 및 Au로 이루어지는 군에서 선택한 금속 혹은 그 금속을 주체로 하는 합금으로 이루어지는 경우에는, 탄성 표면파 장치나 탄성 경계파 장치에 있어서 범용되고 있는 통상의 전극재료를 이용하여 IDT를 형성할 수 있다.
유전체막이, SiO2, SiN, 수정, LBO, 랑가사이트, 랑가나이트 및 유리로 이루어지는 군에서 선택된 한 종의 유전체로 이루어지는 경우에는, 평형도가 뛰어나면서 주파수 온도특성이 뛰어난 탄성 경계파 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1의 실시형태에 따른 탄성 경계파 필터장치의 전극구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
도 2는 본 발명의 제1의 실시형태에 따른 탄성 경계파 장치의 약도(略圖)의 부분 단편의 정면 단면도이다.
도 3은 제1의 실시형태의 탄성 경계파 장치 및 참고예의 탄성 경계파 필터 장치에 있어서의 진폭 평형도와 주파수와의 관계를 나타내는 도이다.
도 4는 참고예의 탄성 경계파 필터장치에 있어서의 제1, 제2의 평형 단자로부터 출력되는 통과특성을 나타내는 도이다.
도 5는 제1의 실시형태의 탄성 경계파 필터장치에 있어서의 제1, 제2의 평형 단자로부터 출력되는 통과특성을 나타내는 도이다.
도 6은 본 발명의 제2의 실시형태에 따른 탄성 경계파 필터장치의 전극구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제3의 실시형태에 따른 탄성 경계파 필터장치의 전극구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
도 8은 종래의 탄성 표면파 장치의 전극구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
[부호의 설명]
100 탄성 경계파 필터장치
101 LiNbO3 기판
102 전극 패턴
103 SiO2막
104 불평형 단자
104a, 104b 제1, 제2의 평형 단자
105a, 105b 접속 도전부
110 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터
111, 112 반사기
113∼115 IDT
114A IDT
120 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터
121, 122 반사기
123∼125 IDT
131, 135 배선
133, 136 배선
150, 160, 170 일단자 쌍 탄성 경계파 공진자
200 탄성 경계파 필터장치
201a, 201b 부유(floating) 전극지
300 탄성 경계파 필터장치
310, 320 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터
311, 312 반사기
313∼315 IDT
320 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터
321, 322 반사기
323∼325 IDT
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명함으로써 본 발명을 명백하게 한다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 탄성 경계파 장치의 전극구조를 나타내는 모식적 평면도이고, 도 2는 그 탄성 경계파 장치의 구조를 설명하기 위한 모식적 정면 단면도이다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 탄성 경계파 필터장치(100)는, 압전기판으로서 LiNbO3 단결정으로 이루어지는 LiNbO3 기판(101)을 갖는다. LiNbO3 기판(101)상에는, 유전체막으로서 SiO2막(103)이 적층되어 있다. 본 실시형태의 탄성 경계파 필터장치(100)는, 상기 LiNbO3 기판(101)과, SiO2막(103)의 경계면을 전 파하는 SH형의 탄성 경계파를 이용하고 있다.
도 2에 있어서는, 상기 탄성 경계파를 수취 여진하기 위한 전극 패턴(102)이 약도로 나타나 있다. 이 전극 패턴(102)은, 보다 구체적으로는 도 1에 모식적 평면도로 나타내는 전극구조에 상당한다.
한편 SiO2막(103)에는, 유전체막 개구부(103a, 103b)가 형성되어 있다. 유전체막 개구부(103a, 103b)에 있어서, 전극 패턴(102)의 일부가 각각 노출되어 있다. 유전체막(103)상에, 접속 도전부(105a, 105b)가 형성되어 있다. 접속 도전부(105a, 105b)는, 유전체막 개구부(103a, 103b) 내에 뻗어 있으며, 전극 패턴(102)의 일부에 전기적으로 접속되어 있다.
또한 유전체막(103)의 윗면에, 제1, 제2의 평형 단자(104a, 104b)가 형성되어 있고, 평형 단자(104a, 104b)가 각각 상기 접속 도전부(105a, 105b)에 전기적으로 접속되어 있다.
상기 접속 도전부(105a, 105b)는, Al 또는 Cu 등의 적절한 금속 혹은 합금에 의해 형성할 수 있다. 마찬가지로, 제1, 제2의 평형 단자(104a, 104b)에 대해서도, Al 또는 Cu 등의 적절한 금속 혹은 합금에 의해 형성할 수 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 상기 LiNbO3 기판(101)상에 형성된 전극 패턴(102)은, 두께 0.05λ의 금 박막에 의해 형성되어 있다. 한편 λ는, 탄성 경계파 필터장치(100)의 통과 대역에 있어서의 탄성 경계파의 중심 주파수에 상당하는 파장이다.
또한 LiNbO3 기판(101)의 오일러각의 Φ는 0°, θ는 105°로 했다. 한편, 도 1에 있어서는, 후술하는 IDT의 전극지의 수 및 반사기의 그레이팅(grating)의 수는 실제보다도 적게 약도로 나타나 있다.
한편, 상기 오일러각(Φ, θ, Ψ)에 대해서는, 공지의 오른손계 오일러각을 이용하는 것으로 한다. 즉, LiNbO3 단결정의 결정축(X, Y, Z)에 대해서, Z축을 중심축으로 하고, X축을 반시계 방향으로 Φ회전하여 Xa축을 얻는다. 다음으로 Xa축을 중심축으로 하고, Z축을 반시계 방향으로 θ회전하여 Z'축을 얻는다. Xa축을 포함하고 Z'축을 법선으로 하는 면을 기판의 절단면으로 한다. Z'축을 축으로 하고, Xa축을 반시계 방향으로 Ψ회전한 방향을 탄성 경계파 전파방향으로 한다.
또한, 오일러각의 초기값으로서 부여되는 LiNbO3 단결정의 결정축(X, Y, Z)은, Z축을 c축과 평행하게 하고, X축을 등가의 3방향의 a축 내의 임의의 하나와 평행하게 하며, Y축은 X축 및 Z축을 포함하는 면의 법선방향으로 한다.
도 1에 있어서, LiNbO3 기판(101)의 결정 Z축을, 결정 X축을 중심축으로 하여 반시계 방향으로 105°회전한 방향이 지면에 대한 법선방향이 된다. 또한 도 1에 있어서는, 지면의 좌우로 연장하는 방향을 LiNbO3 결정기판(101) 결정 X축 방향으로 한다. 따라서, 도 1에서는, 지면의 좌우방향으로 전파하는 오일러각은 Ψ=0°가 되고, 지면의 상하방향으로 전파하는 탄성 경계파의 오일러각은 Ψ=90°가 된다.
상기 전극 패턴(2)은, 제1의 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터(110)와, 제2의 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터(120)와, 일단자 쌍 탄성 경계파 공진자(150, 160, 170)와, 이들을 전기적으로 접속하는 배선을 갖는다.
또한, 제1의 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터(110)는, 탄성 경계파 전파방향을 따라서 배치된 IDT(113∼115)와, IDT(113∼115)가 형성되어 있는 영역의 탄성 경계파 전파방향 양측에 배치된 반사기(111, 112)를 갖는다. 마찬가지로, 제2의 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터(120)는, 탄성 경계파 전파방향으로 배치된 IDT(123∼125)와, 반사기(121, 122)를 갖는다.
제1의 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터(110)와, 제2의 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터(120)의 설계 파라미터는 거의 동일하게 되어 있고, 즉 거의 동일한 주파수 특성을 갖도록 설계되어 있다. 원래 IDT(114)의 극성과 IDT(124)의 극성은 반대로 되어 있다.
한편, 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터(110, 120)의 IDT(114, 124)의 일단이 각각 배선(131, 135)에 접속되어 있다. 배선(131, 135)은 공통 접속되어 있으며, 일단자 쌍 탄성 경계파 공진자(150)를 통해서 불평형 단자(104)에 접속되어 있다. 이 불평형 단자(104)는, 도 2에 나타낸 제1, 제2의 평형 단자(104a, 104b)와 마찬가지로, SiO2막(103)의 윗면에 형성되어 있고, 도시하지 않은 접속 도전부에 의해 탄성 경계파 공진자(150)에 전기적으로 접속되어 있다.
한편, 제1의 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터(110)의 IDT(113, 115)가, 배 선(133)에 의해 일단자 쌍 탄성 경계파 공진자(160)를 통해서 제1의 평형 단자(104a)에 접속되어 있다. 마찬가지로, 제2의 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터(120)의 IDT(123, 125)가, 배선(136)에 의해 일단자 쌍 탄성 경계파 공진자(170)를 통해서 제2의 평형 단자(104b)에 접속되어 있다. 제2의 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터(120) 및 일단자 쌍 탄성 경계파 공진자(150, 160, 170)에서의 탄성 경계파 전파방향은, Ψ=0°로 되어 있다. 이에 비해, 제1의 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터(110)에 있어서의 탄성 경계파 전파방향의 Ψ는 10°로 되어 있다.
즉, 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터(110, 120)는, 거의 동일한 주파수 특성을 갖도록 구성되어 있으나, 탄성 경계파 전파방향이 다르게 되어 있다.
본 실시형태의 탄성 경계파 필터장치(100)는, 상기 불평형 단자(104)와, 제1, 제2의 평형 단자(104a, 104b)를 갖는다. 그리고, 불평형 단자(104)로부터 제1의 평형 단자(104a)로 흐르는 신호의 위상과, 불평형 단자(104)로부터 제2의 평형 단자(104b)로 흐르는 신호의 위상과의 차이가 거의 180°가 되도록 IDT(114)의 극성과, IDT(124)의 극성이 반대로 되어 있다. 따라서 평형-불평형 변환기능을 갖는다.
또한, 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터(110, 120)는, 모두 통과 대역 내의 신호를 통과시키고, 통과 대역 외의 감쇠역의 신호를 감쇠시키도록 설계되어 있는 필터특성을 갖는다. 더욱이, 일단자 쌍 탄성 경계파 공진자(150, 160, 170)는, 탄성 경계파 필터장치(100)의 통과 대역 내에 있어서 임피던스가 낮고, 통과 대역 외에 있어서 임피던스가 높아지도록 설계되어 있다. 따라서, 대역 외 감쇠량이 일단 자 쌍 탄성 경계파 공진자(150∼170)를 접속함으로써 높아져 있다.
또한 본 실시형태의 탄성 경계파 필터장치(100)에서는, 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터(110, 120)에 있어서의 탄성 경계파의 전파방향이 상기와 같이 다르게 되어 있기 때문에, 평형도를 효과적으로 개선할 수 있다. 이것을, 도 3∼도 5를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은 상기 실시형태의 탄성 경계파 장치의 평형 신호의 진폭 평형도, 비교를 위해서 준비한 참고예의 탄성 경계파 필터장치의 평형 신호도의 진폭 평형도의 비교를 나타내는 도이다. 한편, 비교를 위해서 준비한 참고예의 탄성 경계파 필터장치로서는, 상기 실시형태의 탄성 표면파 필터장치에 있어서의 제1의 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터(110)의 탄성 경계파 전파방향을, 제2의 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터(120)와 동일하게 한 것을 제외하고는, 실시형태와 동일하게 형성된 것을 준비했다.
도 3에 있어서, 실선이 실시형태의 결과를, 파선이 참고예의 결과를 나타낸다. 한편 평형 단자는, 제1, 제2의 평형 단자(104a, 104b)로 이루어지는데, 평형 신호의 진폭 평형도라는 것은, 쌍을 이루는 평형 단자 중 한쪽의 평형 단자에 출력되는 신호의 진폭과, 다른쪽의 평형 단자에 출력되는 신호의 진폭과의 강도비로서, 신호의 전력의 비를 dB로 표현한 것이다. 이상적으로는 평형 신호의 진폭 평형도는 0(dB)이 된다.
도 3으로부터 명백한 바와 같이, 참고예에 비해서 본 실시형태에 따르면, 진폭 평형도가 통과 대역에 있어서, 특히 통과 대역 내에서의 고역측의 부분인 890MHz∼894MHz 부근에서 효과적으로 높게 되어 있는 것을 알 수 있다.
도 4는 상기 참고예의 탄성 경계파 필터장치에 있어서의 한쪽의 평형 단자(104a)의 통과특성과, 다른쪽의 평형 단자(104b)의 통과특성을 나타내는 도이다. 도 5는, 상기 실시형태의 탄성 경계파 필터장치의 한쪽의 평형 단자(104a)에 출력되는 통과특성과, 다른쪽의 평형 단자(104b)에 출력되는 통과특성을 나타내는 도이다.
도 4 및 도 5에 있어서는, 실선이 제1의 평형 단자에 출력되는 통과특성을, 파선이 제2의 평형 단자에 출력되는 통과특성을 나타낸다.
도 4에 있어서의 제1, 제2의 평형 단자에 출력되는 신호의 진폭 평형도가 도 3에 있어서 파선으로 나타나 있고, 도 5에 있어서의 제1, 제2의 평형 단자에 출력되는 신호의 진폭 평형도가 도 3에 있어서 실선으로 나타나 있다.
한편, 도 4 및 도 5에 있어서는, 통과특성으로서, 입력신호에 대한 통과 전력비를 삽입손실(dB)로 나타냈다.
도 4로부터, 참고예에 있어서는, 한쪽의 평형 단자로부터 출력되는 통과 대역 내의 삽입손실과, 다른쪽의 평형 단자로부터 출력되는 통과 대역 내의 삽입손실이 크게 다르기 때문에, 평형 신호의 진폭 평형도가 악화하고 있는 것을 알 수 있다.
한편, 여기서 말하는 통과 대역이란, 탄성 경계파 필터장치에 대해 요구되는 통과 대역을 가리키는 것으로 한다.
한편, 도 5로부터 명백한 바와 같이, 본 실시형태에 따르면, 제1, 제2의 평 형 단자(104a, 104b)로부터 출력되는 통과특성에 있어서, 통과 대역 내의 삽입손실의 차이가 작게 되어 있기 때문에 평형 신호의 진폭 평형도가 개선되어 있는 것을 알 수 있다.
이는, 이하의 이유에 의한 것으로 생각된다.
즉, 참고예의 탄성 경계파 필터장치에서는, 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터의 탄성 경계파 전파방향이 같고, 모두 Ψ=0°로 되어 있다. 또한 탄성 경계파 필터(110, 120)의 설계 파라미터는 거의 동일하게 되어 있다. 이때, IDT-IDT 간격에 있어서, 탄성 경계파의 수취 여진이 행해지는 탄성 경계파 필터(110)의 통과특성에서는, 중심 주파수보다도 고역측의 삽입손실이 중심 주파수의 저역측의 삽입손실보다도 양호하게 된다. 한편, IDT-IDT 간격에 있어서 탄성 경계파의 수취 여진이 행해지지 않는 탄성 경계파 필터(120)의 통과특성에서는, 중심 주파수의 고역측의 삽입손실이 중심 주파수의 저역측의 삽입손실보다도 나빠진다. 따라서, 평형 단자(104a)로부터 출력되는 평형 신호와, 평형 단자(104b)로부터 출력되는 평형 신호와의 통과역 내의 삽입손실에 차이가 생겨, 진폭 평형도가 악화하고 있다.
이에 비해 상기 실시형태에서는, 제1의 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터(110)에 있어서의 탄성 경계파 전파방향이 Ψ=10°로 되어 있고, 제2의 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터(120)에 있어서의 탄성 경계파의 전파방향이 Ψ=0°로 되어 있다. 그 때문에, 제1의 탄성 경계파 필터(110)에 있어서의 탄성 경계파의 전 기기계 결합계수(K2)가, 제2의 탄성 경계파 필터(120)에 있어서의 탄성 경계파의 전기기계 결합계수보다도 작게 되어 있다. 탄성 경계파 필터(110, 120)와 같은 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터의 통과특성의 대역폭은 전기기계 결합계수(K2)에 거의 비례한다. 따라서, 상기 구성에 의해, 제1의 탄성 경계파 필터(110)의 통과특성의 대역폭을 상대적으로 조금 작게 함으로써, 제1, 제2의 탄성 경계파 필터(110, 120)의 통과 대역 내의 삽입손실의 차이가 작게 되어, 결과적으로 진폭 평형도가 개선되어 있다.
따라서, 본 실시형태에 따르면, 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터는 탄성 경계파의 전파방향이 다르게 되어 있고, 통과 대역 내에 있어서의 양자의 삽입손실의 차이가 작아지도록 필터의 통과특성의 대역폭이 설정되어 있기 때문에, 진폭 평형도가 효과적으로 개선되어 있다.
본 실시형태의 탄성 경계파 장치에서는, 도 5로부터 명백한 바와 같이, 제1의 평형 단자측과 제2의 평형 단자측에 있어서의 삽입손실의 차이는 약 0.5dB로 되어 있고, 평형도도 약 0.5dB로 되어 있다. 이에 비해, 참고예의 결과를 나타내는 도 4로부터 명백한 바와 같이, 참고예에서는, 삽입손실의 차이는 1dB를 초과하고 있고, 평형도는 통과 대역의 고역 부근에서 1dB를 초과하고 있는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명에서는, 바람직하게는 제1의 평형 단자가 출력되는 필터 파형의 통과 대역에 있어서의 삽입손실과, 제2의 평형 단자로부터 출력되는 필터 파형의 통과 대역에 있어서의 삽입손실의 차이가 ±1dB 이하가 되도록, 제1, 제2의 탄성 경계파 필터에 있어서의 탄성 경계파의 전파방향이 다르게 되어 있는 것이 바람직하다.
원래, 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터에 있어서의 통과 대역 특성은 다양한 설계 파라미터의 요인을 받아 변화한다. 본 실시형태와는 다른 형태로서, 삽입손실의 차이가 원래 작은데도 불구하고, 통과특성의 대역폭이 다른 경우에는, 양자의 통과특성의 대역폭을 거의 일치시키도록 양자의 탄성 경계파의 전파방향을 다르게 해도 된다. 이때 중심 주파수도 일치시켜서 양자의 통과특성이 거의 동일하도록 하면, 통과역 외에서도 뛰어난 진폭 평형도가 얻어지기 때문에 바람직하다.
한편, 여기서 말하는 통과특성의 대역폭이란, 삽입손실이 가장 작은 점으로부터 3dB 저하하는 대역폭을 말하는 것으로 한다.
통과특성의 대역폭이 거의 일치한다는 것은, 완전히 일치한 경우만을 포함하는 것은 아니고, 통과특성의 대역폭/중심 주파수로 표현되는 비대역폭이 ±0.2% 정도까지 허용될 수 있는 것을 의미한다. 즉, 통과특성의 대역폭이 거의 일치한다는 것은, 통과특성의 대역폭이 일치하고 있는 경우와, 비대역폭에서 ±0.2% 정도 다른 범위를 포함하는 것으로 한다.
또한 LiNbO3 기판을 이용한 경우, 오일러각 Φ 및 θ가 -31°≤Φ≤+31°이면서 90°≤θ≤130°의 범위에 있는 경우에는, 적층된 유전체막과의 경계를 전파하는 탄성 경계파에 있어서, 탄성 경계파 전파방향인 오일러각의 Ψ를 0°∼60°의 범위로 변화시킴으로써, 전기기계 결합계수(K2)를 16%에서 거의 0%의 범위로 변화시 킬 수 있다. 게다가, 이 범위에서는 탄성 경계파의 전파손실이 발생하지 않는다. 따라서 바람직하게는, LiNbO3 기판의 Φ 및 θ를 상기 범위로 함으로써, 저손실의 탄성 경계파 필터장치를 제공할 수 있다.
도 6은, 본 발명의 제2의 실시형태에 따른 탄성 경계파 필터장치의 전극구조를 나타내는 모식적 평면도이다. 제2의 실시형태의 탄성 경계파 필터장치(200)는, 제1의 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터(110)의 중앙의 IDT(114A)가 제1의 실시형태에 있어서의 IDT(114)와 다른 것을 제외하고는 동일하게 구성되어 있다. 따라서, 동일한 부분에 대해서는, 동일한 참조번호를 붙임으로써 그 설명을 생략한다.
본 실시형태의 탄성 경계파 필터장치(200)에 있어서는, 제1의 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터(110)에 있어서의 중앙의 IDT(114A)에, 도시한 바와 같이 직렬 웨이팅이 실시되어 있다. 직렬 웨이팅이란, IDT(114A)의 탄성 경계파 전파방향 최외측의 전극지의 선단에 부유 전극지(201a, 201b)를 형성하고, 그 부유 전극지(201a, 201b)를, 최외측 전극지의 다음에 위치하는 전극지의 선단에 갭을 두고 연장하도록 형성한 구조를 갖는다. 이러한 직렬 웨이팅을 실시함으로써, IDT-IDT 경계부에 있어서의 탄성 경계파의 수취 여진강도가 약해진다. 그것에 의해, 동일한 주파수 특성을 갖도록 설계된 경우에, 통과 대역폭이 넓어지는 제1의 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터(110)에 있어서의 대역폭을 좁힐 수 있다. 이와 같이 IDT에 직렬 웨이팅을 실시함으로써, 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터의 통과 대역폭을 조정할 수 있는 것은 종래부터 알려져 있다.
본 발명에 있어서는, 이와 같이 탄성 경계파 필터장치에 있어서 알려져 있는 직렬 웨이팅에 의한 통과 대역폭의 조정수법을 적용할 수 있고, 그것에 의해, 신호의 평형도를 보다 한층 효과적으로 개선할 수 있다.
한편, 제2의 실시형태에 있어서는, 제1의 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터(110)에 있어서의 탄성 경계파의 전파방향의 오일러각 Ψ는, 제1의 실시형태의 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터에 있어서의 제1의 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터의 탄성 경계파 전파방향에서의 오일러각 Ψ에 비해 작게 할 수 있고, Ψ=5°로 되어 있다. 이는, 상기 직렬 웨이팅에 의해 대역폭을 조정할 수 있기 때문에, 탄성 경계파 전파방향에 의한 통과 대역폭의 조정량이 적어도 되기 때문이다.
도 7은 본 발명의 제3의 실시형태에 따른 탄성 경계파 필터장치의 모식적 평면도이다.
제3의 실시형태의 탄성 경계파 필터장치(300)는, 일단자 쌍 탄성경계파 공진자(150, 160, 170)를 갖지 않고, 다만 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터(110, 120)의 후단에, 제3, 제4의 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터(310, 320)가 접속되어 있으며, 즉 2단 카스케이드(cascade) 접속 구성으로 되어 있는 것을 제외하고는, 제1의 실시형태와 동일하게 되어 있다. 따라서 동일 부분에 대해서는, 동일한 참조번호를 붙임으로써 그 설명은 생략한다.
제3, 제4의 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터(310, 320)는, 각각 IDT(313∼315, 323∼325)와 반사기(311, 312, 321, 322)를 갖는다. 또한 제3, 제4의 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터(310, 320)는, 제2의 종결합 공진자형 탄성 경계파 필 터(120)와 동일하게 구성되어 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 탄성 경계파 필터장치에서는, 적어도 2개의 탄성 경계파 필터(110, 120) 이외에 또 다른 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터를 접속한 구성을 갖고 있어도 된다.
한편, 상기 제1∼제3의 실시형태에서는, 3개의 IDT를 갖는 3 IDT형의 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터를 이용했으나, 5 IDT형 혹은 7 IDT형 등 그 이상의 수의 IDT를 갖는 종결합 공진자형 탄성 경계파 필터를 이용해도 된다.
더욱이, 제1∼제3의 실시형태에서는, 탄성 경계파 필터장치에 대해서 설명했으나, 탄성 표면파를 이용한 탄성 표면파 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다. 즉, 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터 중 적어도 하나가 탄성 경계파 필터여도 되고, 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성파 필터 중 적어도 하나가 탄성 표면파 필터여도 된다.

Claims (8)

  1. 압전기판;
    상기 압전기판상에 형성되어 있고, 복수의 IDT 전극과 제1, 제2의 단자를 갖는 제1의 종결합 공진자형 탄성파 필터; 및
    상기 압전기판상에 형성되어 있고, 복수의 IDT 전극과 제3, 제4의 단자를 갖는 제2의 종결합 공진자형 탄성파 필터;를 구비하고,
    적어도 통과 대역 내에 있어서, 동일 신호를 상기 제1의 단자 및 제3의 단자에 입력했을 때에, 상기 제2의 단자로부터 출력되는 신호와, 제4의 단자로부터 출력되는 신호와의 위상차가 거의 180°이며,
    상기 제1, 제3의 단자가 공통 접속되어 불평형 단자에 접속되어 있고,
    상기 제2, 제4의 단자가, 각각 제1, 제2의 평형 단자로 되어 있는 평형-불평형 변환기능을 갖는 탄성파 필터장치에 있어서,
    상기 제1의 종결합 공진자형 탄성파 필터에 있어서의 탄성파의 전파방향과,
    상기 제2의 종결합 공진자형 탄성파 필터에 있어서의 탄성파의 전파방향이 다른 것을 특징으로 하는 탄성파 필터장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1의 평형 단자로부터 출력되는 필터 파형의 통과 대역에 있어서의 삽입손실과, 상기 제2의 평형 단자로부터 출력되는 필터 파형의 통과 대역에 있어서 의 삽입손실과의 차이가 ±1dB 이하가 되도록, 상기 제1의 종결합 공진자형 탄성파 필터의 탄성파의 전파방향과, 상기 제2의 종결합 공진자형 탄성파 필터의 탄성파의 전파방향이 다르게 되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성파 필터장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성파 필터 중, 복수의 IDT에 있어서의 IDT-IDT간에서의 탄성파의 수취 여진이 보다 강하게 생기는 측의 종결합 공진자형 탄성파 필터의 전기기계 결합계수가, 다른쪽의 종결합 공진자형 탄성파 필터의 전기기계 결합계수보다도 작게 되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성파 필터장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성파 필터 중 적어도 한쪽이 탄성 표면파 필터인 것을 특징으로 하는 탄성파 필터장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성파 필터 중 적어도 한쪽이 탄성 경계파 필터인 것을 특징으로 하는 탄성파 필터장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 압전기판이 LiNbO3로 이루어지고,
    상기 압전기판상에 있어서 상기 IDT를 덮도록 유전체막이 형성되어 있으며,
    상기 LiNbO3 기판의 오일러각의 Φ 및 θ가, -31°≤Φ≤31°이면서 90°≤θ≤130°의 범위에 있고,
    상기 제1, 제2의 종결합 공진자형 탄성파 필터에 있어서, 오일러각의 Ψ가, 0°≤Ψ≤60°의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 탄성파 필터장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 IDT가, Al, Ti, Pt, Fe, Ni, Cr, Cu, Ag, W, Ta 및 Au로 이루어지는 군에서 선택한 금속 혹은 상기 금속을 주체로 하는 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄성파 필터장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 유전체막이, SiO2, SiN, 수정, LBO, 랑가사이트, 랑가나이트 및 유리로 이루어지는 군에서 선택한 한 종의 유전체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄성파 필터장치.
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