KR20200139228A - 멀티플렉서, 고주파 프론트엔드 회로 및 통신 장치 - Google Patents
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Abstract
멀티플렉서는, 공통단자(20)와 입출력단자(21a)를 잇는 제1 경로 상에 배치된 필터(10a)와, 공통단자(20)와 제2 단자를 잇는 제2 경로 상에 배치되며, 필터(10a)에서의 레일리파 리플의 발생 주파수가 겹치는 통과대역을 가지는 제2 필터를 포함하고, 필터(10a)는 제1 경로 상에 배치된 복수개의 직렬암 공진자(S1~S4)와, 병렬암 공진자(P1)를 가지며, 복수개의 직렬암 공진자(S1~S4) 및 병렬암 공진자(P1)는 SH파를 메인모드로 이용하고, 직렬암 공진자(S1)의 전극지 쌍수는 복수개의 직렬암 공진자(S1~S4) 각각의 전극지 쌍수 중 가장 적다.
Description
본 발명은 멀티플렉서, 고주파 프론트엔드 회로 및 통신 장치에 관한 것이다.
최근, 휴대전화단말 등의 통신 장치에 대해, 하나의 단말로 복수개의 주파수 대역 및 복수개의 무선방식, 이른바 멀티밴드 및 멀티모드에 대응하기 위해, 고주파 신호를 주파수 대역별로 분리(분파)하는 멀티플렉서(분파기)가 널리 이용되고 있다.
특허문헌 1에는 래더형(ladder-type) 밴드패스 필터와 다중모드 결합형 밴드패스 필터를 공통 접속한 원칩 누설(리키) 표면 탄성파 분파기가 개시되어 있다. 래더형 밴드패스 필터의 공통 접속점에 가장 가까운 쪽에는 직렬암(serial arm) 공진자가 배치되고, 래더형 밴드패스 필터는 상기 직렬암 공진자를 포함하는 복수개의 직렬암 공진자를 가진다.
특허문헌 1에서는 각 탄성파 공진자의 레일리파 리플이 문제가 된다. 분파기를 구성하는 밴드패스 필터가 예를 들면, 누설파를 주요 탄성파로 이용하는 경우, 또는 압전체층과 고음속 지지 기판과 저음속막으로 이루어지는 적층 구조(상세는 후술함)를 가지는 공진자를 포함하는 경우 등에 레일리파 리플이 발생한다. 즉, 상기한 바와 같이 복수개의 밴드패스 필터를 공통 접속하는 경우에, 한쪽의 밴드패스 필터 내의 탄성파 공진자의 레일리파 리플이 다른 쪽의 밴드패스 필터의 통과대역 내에서 생기면, 상기 다른 쪽의 밴드패스 필터의 통과대역 내에 리플이 발생하고, 상기 다른 쪽의 밴드패스 필터의 삽입 손실이 악화된다는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 탄성파 공진자의 레일리파 리플에 의한 통과대역 내의 삽입 손실 열화를 억제할 수 있는 멀티플렉서 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 한 양태에 따른 멀티플렉서는, 공통단자와 제1 단자를 잇는 제1 경로 상에 배치된 제1 필터와, 상기 공통단자와 제2 단자를 잇는 제2 경로 상에 배치되며, 상기 제1 필터에서의 레일리파 리플의 발생 주파수가 겹치는 통과대역을 가지는 제2 필터를 포함하고, 상기 제1 필터는, 상기 제1 경로 상에 배치된 복수개의 직렬암 공진자와, 상기 제1 경로 상에 마련된 접속 노드이며, 상기 복수개의 직렬암 공진자 중 상기 공통단자에 가장 가깝게 접속된 제1 직렬암 공진자보다도 상기 제1 단자 측에 마련된 접속 노드와 그라운드 사이에 배치된 제1 병렬암 공진자를 가지며, 상기 복수개의 직렬암 공진자 및 상기 제1 병렬암(parallel arm) 공진자는 SH파를 메인모드로 이용하고, 상기 제1 직렬암 공진자의 전극지(電極指) 쌍수는 상기 복수개의 직렬암 공진자 각각의 전극지 쌍수 중 가장 적다.
본 발명의 한 양태에 따른 고주파 프론트엔드 회로는 상기의 멀티플렉서와 상기 멀티플렉서에 접속된 증폭 회로를 포함한다.
본 발명의 한 양태에 따른 통신 장치는, 안테나 소자로 송수신되는 고주파 신호를 처리하는 RF 신호 처리 회로와, 상기 안테나 소자와 상기 RF 신호 처리 회로 사이에서 상기 고주파 신호를 전달하는 상기의 고주파 프론트엔드 회로를 포함한다.
본 발명에 따른 멀티플렉서 등에 따르면, 탄성파 공진자의 레일리파 리플에 의한 통과대역 내의 삽입 손실 열화를 억제할 수 있다.
도 1은 실시형태 1에 따른 멀티플렉서의 일례를 나타내는 구성도이다.
도 2는 실시예에 따른 제1 필터의 일례를 나타내는 회로 구성도이다.
도 3은 실시형태 1에 따른 제1 필터의 공진자를 모식적으로 나타내는 평면도 및 단면도이다.
도 4는 레일리파 리플에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 실시예 및 비교예에 따른 제2 필터의 통과 특성을 비교한 그래프이다.
도 6은 실시예 및 비교예에 따른 제1 필터의 공통단자 측에서 본 리턴로스(return loss) 특성을 비교한 그래프이다.
도 7은 실시형태 1에 따른 제1 직렬암 공진자의 쌍수와 리턴로스 차의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 실시예 및 비교예에 따른 제1 필터의 통과 특성을 비교한 그래프이다.
도 9는 실시형태 2에 따른 고주파 프론트엔드 회로 및 통신 장치의 구성도이다.
도 2는 실시예에 따른 제1 필터의 일례를 나타내는 회로 구성도이다.
도 3은 실시형태 1에 따른 제1 필터의 공진자를 모식적으로 나타내는 평면도 및 단면도이다.
도 4는 레일리파 리플에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 실시예 및 비교예에 따른 제2 필터의 통과 특성을 비교한 그래프이다.
도 6은 실시예 및 비교예에 따른 제1 필터의 공통단자 측에서 본 리턴로스(return loss) 특성을 비교한 그래프이다.
도 7은 실시형태 1에 따른 제1 직렬암 공진자의 쌍수와 리턴로스 차의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 실시예 및 비교예에 따른 제1 필터의 통과 특성을 비교한 그래프이다.
도 9는 실시형태 2에 따른 고주파 프론트엔드 회로 및 통신 장치의 구성도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해, 도면을 이용하여 상세하게 설명한다. 한편, 이하에서 설명하는 실시형태는 모두 포괄적 또는 구체적인 예를 나타내는 것이다. 이하의 실시형태에서 나타내지는 수치, 형상, 재료, 구성 요소, 구성 요소의 배치 및 접속 형태 등은 일례이며, 본 발명을 한정하는 주지가 아니다. 이하의 실시형태에서의 구성 요소 중 독립 청구항에 기재되지 않은 구성 요소에 대해서는 임의의 구성 요소로서 설명된다. 또한, 도면에 나타내지는 구성 요소의 크기, 또는 크기의 비는 반드시 엄밀하지는 않다. 또한, 각 도면에서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략 또는 간략화하는 경우가 있다. 또한, 이하의 실시형태에서, "접속된다"란, 직접 접속되는 경우뿐만 아니라, 다른 소자 등을 통해 전기적으로 접속되는 경우도 포함된다.
(실시형태 1)
[1. 멀티플렉서의 구성]
도 1은 실시형태 1에 따른 멀티플렉서(10)의 일례를 나타내는 구성도이다. 도 1에는 멀티플렉서(10)의 공통단자(20)에 접속된 안테나 소자(ANT)도 도시되어 있다. 안테나 소자(ANT)는 고주파 신호를 송수신하는, 예를 들면 LTE(Long Term Evolution) 등의 통신 규격에 준거한 멀티밴드 대응의 안테나이다.
멀티플렉서(10)는 탄성파 필터를 사용한 분파/합파 회로이며, 본 실시형태에서는 헥사플렉서이다. 멀티플렉서(10)는 입출력단자로서, 공통단자(20), 입출력단자(21a)(제1 단자), 입출력단자(21b)(제2 단자), 입출력단자(21c), 입출력단자(21d), 입출력단자(21e) 및 입출력단자(21f)를 포함한다. 멀티플렉서(10)는 필터(10a~10f)를 포함하고, 각각의 한쪽 측(상기 입출력단자(21a~21f) 측과는 다른 측)이 공통단자(20)에 공통 접속된다.
공통단자(20)는 6개의 필터(10a~10f)에 공통적으로 마련되며, 멀티플렉서(10)의 내부에서 필터(10a~10f)에 접속된다. 또한, 공통단자(20)는 멀티플렉서(10)의 외부에서 안테나 소자(ANT)에 접속된다. 즉, 공통단자(20)는 멀티플렉서(10)의 안테나 단자이기도 하다.
입출력단자(21a~21f)는 이 순서대로, 6개의 필터(10a~10f)에 개별적으로 대응하여 마련되고, 멀티플렉서(10)의 내부에서 대응하는 필터에 접속된다. 또한, 입출력단자(21a~21f)는 멀티플렉서(10)의 외부에서 증폭 회로 등(도 1에는 도시하지 않음)을 통해 RF 신호 처리 회로(RFIC: Radio Frequency Integrated Circuit, 도시하지 않음)에 접속된다.
필터(10a)는 공통단자(20)와 입출력단자(21a)를 잇는 제1 경로 상에 배치된 제1 필터이다. 필터(10a)는 탄성파를 이용한 수신 필터이며, 여기서는 그 통과대역은 예를 들면, LTE의 Band30Rx(2350-2360㎒)이다.
필터(10b)는 공통단자(20)와 입출력단자(21b)를 잇는 제2 경로 상에 배치된 제2 필터이다. 필터(10b)는 탄성파를 이용한 송신 필터이며, 여기서는 그 통과대역은 예를 들면, LTE의 Band66Tx(1710-1780㎒)이다.
필터(10c)는 공통단자(20)와 입출력단자(21c)를 잇는 경로 상에 배치된 필터이다. 필터(10c)는 탄성파를 이용한 수신 필터이며, 여기서는, 그 통과대역은 예를 들면, LTE의 Band25Rx(1930-1995㎒)이다.
필터(10d)는 공통단자(20)와 입출력단자(21d)를 잇는 경로 상에 배치된 필터이다. 필터(10d)는 탄성파를 이용한 송신 필터이며, 여기서는 그 통과대역은 예를 들면, LTE의 Band25Tx(1850-1915㎒)이다.
필터(10e)는 공통단자(20)와 입출력단자(21e)를 잇는 경로 상에 배치된 필터이다. 필터(10e)는 탄성파를 이용한 수신 필터이며, 여기서는 그 통과대역은 예를 들면, LTE의 Band66Rx(2110-2200㎒)이다.
필터(10f)는 공통단자(20)와 입출력단자(21f)를 잇는 경로 상에 배치된 필터이다. 필터(10f)는 탄성파를 이용한 송신 필터이며, 여기서는 그 통과대역은 예를 들면, LTE의 Band30Tx(2305-2315㎒)이다.
이와 같이, 각 필터의 통과대역은 예를 들면, 서로 다른 대역이며, 하나의 멀티플렉서(10)에 의해, 복수개의 주파수 대역에 대응할 수 있다.
한편, 6개의 필터(10a~10f)의 통과대역은 Band30, Band66, 및 Band25의 조합에 한정되지 않는다. 또한, 공통단자(20)에 접속되는 필터의 수는 2개 이상이면 된다. 또한, 멀티플렉서(10)는 복수개의 송신 필터만 또는 복수개의 수신 필터만으로 구성되어도 된다.
[2. 필터의 구성]
다음으로, 실시형태 1에 따른 제1 필터(필터(10a))의 구성에 대해 설명한다. 한편, 실시형태 1을 이하, 실시예라고도 부른다.
도 2는 실시예에 따른 제1 필터(필터(10a))의 일례를 나타내는 회로 구성도이다.
필터(10a)는, 공통단자(20)와 입출력단자(21a)를 잇는 제1 경로 상에 배치된 복수개의 직렬암 공진자와, 제1 경로 상에 마련된 접속 노드이며, 복수개의 직렬암 공진자 중 공통단자(20)에 가장 가깝게 접속된 제1 직렬암 공진자보다도 입출력단자(21a) 측에 마련된 접속 노드와 그라운드 사이에 배치된 제1 병렬암 공진자를 가진다. 접속 노드란, 소자와 소자, 또는 소자와 단자 사이의 접속점이며, 도 2에서는 x1 등으로 나타내지는 점에 의해 나타냈다.
실시형태 1에서는 복수개의 직렬암 공진자는 적어도 3개의 직렬암 공진자이다. 필터(10a)는 적어도 3개의 직렬암 공진자로서, 서로 직렬 접속된 직렬암 공진자(S1~S4)를 가진다. 직렬암 공진자(S1)는 직렬암 공진자(S1~S4) 중 공통단자(20)에 가장 가깝게 접속된 제1 직렬암 공진자이다. 또한, 필터(10a)는 상기 제1 병렬암 공진자를 포함하는 복수개의 병렬암 공진자를 가진다. 필터(10a)는 복수개의 병렬암 공진자로서, 직렬암 공진자(S1 및 S2) 사이의 접속노드(x1)와 그라운드 사이에 접속된 병렬암 공진자(P1), 직렬암 공진자(S2 및 S3) 사이의 접속노드(x2)와 그라운드 사이에 접속된 병렬암 공진자(P2), 및 직렬암 공진자(S3 및 S4) 사이의 접속노드(x3)와 그라운드 사이에 접속된 병렬암 공진자(P3)를 가진다. 복수개의 병렬암 공진자는, 직렬암 공진자(S1)보다도 입출력단자(21a) 측에 마련된 접속노드(x1~x3)와 그라운드 사이에 배치되고, 이것은 필터(10a)를 공통단자(20) 측에서 보면, 직렬암 공진자(S1)로부터 배치되는 것을 의미한다. 바꿔 말하면, 공통단자(20)와 직렬암 공진자(S1) 사이에는 병렬암 공진자가 접속되지 않은 것을 의미한다.
병렬암 공진자(P1)는 복수개의 병렬암 공진자(병렬암 공진자(P1~P3)) 중 공통단자(20)에 가장 가깝게 접속된 제1 병렬암 공진자이다.
직렬암 공진자(S1~S4) 및 병렬암 공진자(P1~P3)는 필터(10a)의 통과대역을 구성하는 공진자이다. 구체적으로는, 직렬암 공진자(S1~S4)의 공진 주파수 및 병렬암 공진자(P1~P3)의 반공진 주파수가 필터(10a)의 통과대역의 중심 주파수 부근에 위치하도록 설계된다. 또한, 직렬암 공진자(S1~S4)의 반공진 주파수가 상기 통과대역의 고역(高域) 측 근방의 감쇠극에, 병렬암 공진자(P1~P3)의 공진 주파수가 상기 통과대역의 저역(低域) 측 근방의 감쇠극에 위치하도록 설계된다. 이와 같이 하여, 상기 통과대역이 형성된다.
또한, 실시형태 1에서는 직렬암 공진자(S1~S4), 및 병렬암 공진자(P1 및 P3)는 각각 하나의 공진자가 분할된 복수개의 분할 공진자에 의해 구성된다. 직렬암 공진자(S1)는 분할 공진자(S1a 및 S1b)로 구성되고, 직렬암 공진자(S2)는 분할 공진자(S2a~S2c)로 구성되며, 직렬암 공진자(S3)는 분할 공진자(S3a 및 S3b)로 구성되고, 직렬암 공진자(S4)는 분할 공진자(S4a 및 S4b)로 구성된다. 병렬암 공진자(P1)는 분할 공진자(P1a 및 P1b)로 구성되고, 병렬암 공진자(P3)는 분할 공진자(P3a 및 P3b)로 구성된다. 이와 같이, 하나의 공진자가 복수개의 분할 공진자에 의해 구성됨으로써, 상세한 설명은 생략하겠지만, IMD(Inter Modulation Distortion) 특성을 개선할 수 있다.
복수개의 직렬암 공진자 및 제1 병렬암 공진자는 누설파 등의 SH파를 메인모드로 이용한다. 바꿔 말하면, 복수개의 직렬암 공진자 및 제1 병렬암 공진자는 SH파를 주성분으로 하는 탄성파를 여진(勵振)하는 IDT(InterDigital Transducer) 전극에 의해 구성된다. 예를 들면, 하나의 공진자에서의 복수개의 분할 공진자는 균등하게 분할되고, IDT 전극을 구성하는 복수개의 전극지의 쌍수(전극지 쌍수)에 착안하면, 하나의 공진자에서의 복수개의 분할 공진자 각각의 쌍수는 동일해져 있다. 한편, 이하에서는 공진자의 IDT 전극을 구성하는 복수개의 전극지의 쌍수를 공진자의 쌍수라고도 부른다.
복수개의 직렬암 공진자 및 제1 병렬암 공진자 각각의 IDT 전극은 압전체층을 가지는 기판(압전성을 가지는 기판) 상에 형성되고, 상기 기판은 IDT 전극이 한쪽의 주면(主面) 상에 형성된 압전체층과, 압전체층을 전파하는 탄성파 음속보다도, 전파하는 벌크파 음속이 고속인 고음속 지지 기판과, 고음속 지지 기판과 압전체층 사이에 배치되며 압전체층을 전파하는 벌크파 음속보다도, 전파하는 벌크파 음속이 저속인 저음속막을 포함한다. 상세에 대해서는 후술할 도 3에서 설명한다. 필터(10a)를 구성하는 각 공진자가 이와 같은 적층구조를 가짐으로써, 필터(10a)에서 발생하는 레일리파 리플이 커진다.
[3. 공진자의 기본 구조]
다음으로, 필터(10a)를 구성하는 각 공진자(직렬암 공진자, 병렬암 공진자 및 그들을 구성하는 분할 공진자)의 기본 구조에 대해 설명한다. 본 실시형태에서는 상기 공진자는 탄성표면파(SAW: Surface Acoustic Wave) 공진자이다.
도 3은 실시형태 1에 따른 제1 필터(필터(10a))의 공진자를 모식적으로 나타내는 평면도 및 단면도이다. 동(同) 도면에는 필터(10a)를 구성하는 복수개의 공진자로서, 공진자(401)를 일례로 그 구조를 나타내는 평면 모식도 및 단면 모식도가 예시되어 있다. 한편, 도 3에 나타내진 공진자(401)는 상기 복수개의 공진자의 전형적인 구조를 설명하기 위한 것이고, 전극을 구성하는 전극지의 개수나 길이 등은 이에 한정되지 않는다.
도 3의 평면도에 나타내는 바와 같이, 공진자(401)는 서로 대향하는 한 쌍의 빗살형상 전극(11a 및 11b)을 가진다. 또한, 도시하지 않았지만, 공진자(401)는 추가로, 한 쌍의 빗살형상 전극(11a 및 11b)에 대하여 탄성파의 전파방향으로 서로 이웃하여 배치된 반사기를 가진다. 한 쌍의 빗살형상 전극(11a 및 11b)은 IDT 전극을 구성한다.
빗살형상 전극(11a)은 빗살형상으로 배치되고, 서로 평행한 복수개의 전극지(110a)와, 복수개의 전극지(110a) 각각의 일단끼리를 접속하는 버스바(busbar) 전극(111a)으로 구성된다. 또한, 빗살형상 전극(11b)은 빗살형상으로 배치되고, 서로 평행한 복수개의 전극지(110b)와, 복수개의 전극지(110b) 각각의 일단끼리를 접속하는 버스바 전극(111b)으로 구성된다. 복수개의 전극지(110a 및 110b)는 탄성파전파 방향의 직교방향으로 연장되도록 형성된다.
한편, 빗살형상 전극(11a 및 11b)은 상기 구성에 한정되지 않고, 예를 들면, 오프셋 전극지를 가져도 된다. 또한, 공진자(401)는 버스바 전극(111a 및 111b)이 탄성파 전파방향에 대하여 경사진, 이른바 경사 IDT를 가져도 된다. 나아가서는 전극지(110a 및 110b)가 소정의 간격으로 솎아 내진, 이른바 솎아냄 전극을 가져도 된다.
또한, 복수개의 전극지(110a 및 110b), 및 버스바 전극(111a 및 111b)으로 구성되는 IDT 전극은, 도 3의 단면도에 나타내는 바와 같이, 밀착층(51)과 메인전극층(52)의 적층 구조로 되어 있다.
밀착층(51)은 압전기판(50)과 메인전극층(52)의 밀착성을 향상시키기 위한 층이며, 재료로서 예를 들면, Ti가 사용된다. 밀착층(51)의 막 두께는 예를 들면, 12㎚이다.
메인전극층(52)은 재료로서 예를 들면, Cu를 1% 함유한 Al이 사용된다. 메인전극층(52)의 막 두께는 예를 들면 162㎚이다.
보호층(53)은 IDT 전극을 덮도록 형성된다. 보호층(53)은 메인전극층(52)을 외부환경으로부터 보호함, 주파수 온도 특성을 조정함, 및 내습성을 높임 등을 목적으로 하는 층이며, 예를 들면, 이산화규소를 주성분으로 하는 막이다. 보호층(53)의 막 두께는 예를 들면 25㎚이다.
한편, 밀착층(51), 메인전극층(52) 및 보호층(53)을 구성하는 재료는 상술한 재료에 한정되지 않는다. 더욱이, IDT 전극은 상기 적층구조가 아니어도 된다. IDT 전극은 예를 들면, Ti, Al, Cu, Pt, Au, Ag, Pd 등의 금속 또는 합금으로 구성되어도 되고, 또한 상기의 금속 또는 합금으로 구성되는 복수개의 적층체로 구성되어도 된다. 또한, 보호층(53)은 형성되지 않아도 된다.
압전기판(50)은 IDT 전극 및 반사기가 주면 상에 배치된 압전성을 가지는 기판이다. 압전기판(50)은 예를 들면, 42° Y커트 X전파 LiTaO3 압전단결정 또는 압전세라믹스(X축을 중심축으로 하여 Y축으로부터 42° 회전한 축을 법선으로 하는 면으로 절단한 탄탈산리튬 단결정 또는 세라믹스이며, X축방향으로 탄성표면파가 전파하는 단결정 또는 세라믹스)로 이루어진다.
압전기판(50)은 고음속 지지 기판과 저음속막과 압전막(압전체층)이 이 순서로 적층된 적층 구조를 가지는 압전성 기판이다. 압전막은 예를 들면, 42° Y커트 X전파 LiTaO3 압전단결정 또는 압전세라믹스로 이루어진다. 압전막은 예를 들면, 두께가 600㎚이다. 고음속 지지 기판은 저음속막, 압전막 및 IDT 전극을 지지하는 기판이다. 고음속 지지 기판은 더욱이 압전막을 전파하는 표면파나 경계파의 탄성파보다도, 고음속 지지 기판 중의 벌크파 음속이 고속인 기판이며, 탄성표면파를 압전막 및 저음속막이 적층된 부분에 가두고, 고음속 지지 기판보다 아래쪽으로 누설되지 않도록 기능한다. 고음속 지지 기판은 예를 들면, 실리콘 기판이며, 두께는 예를 들면 200㎛이다. 저음속막은 압전막을 전파하는 벌크파보다도, 저음속막 중의 벌크파의 음속이 저속인 막이며, 압전막과 고음속 지지 기판 사이에 배치된다. 이 구조와, 탄성파가 본질적으로 저음속인 매질에 에너지가 집중된다는 성질에 의해, 탄성표면파 에너지의 IDT 전극 밖으로의 누설이 억제된다. 저음속막은 예를 들면, 이산화규소를 주성분으로 하는 막이며, 두께는 예를 들면 670㎚이다. 한편, 저음속막의 사이에 Ti나 Ni 등으로 이루어지는 접합층을 포함해도 된다. 저음속막은 복수개의 저음속 재료로 이루어지는 다층 구조여도 된다. 이 적층구조에 따르면, 압전기판(50)을 단층으로 사용한 구조와 비교하여, 공진 주파수 및 반공진 주파수에서의 Q값을 대폭적으로 향상시키는 것이 가능해진다. 즉, Q값이 높은 탄성표면파 공진자를 구성할 수 있으므로, 상기 탄성표면파 공진자를 이용하여, 삽입 손실이 작은 필터를 구성하는 것이 가능해진다.
한편, 고음속 지지 기판은 지지 기판과, 압전막을 전파하는 표면파나 경계파의 탄성파보다도, 전파하는 벌크파의 음속이 고속인 고음속막이 적층된 구조를 가져도 된다. 이 경우, 지지 기판은 리튬탄탈레이트, 리튬니오베이트, 수정 등의 압전체, 사파이어, 알루미나, 마그네시아, 질화규소, 질화알루미늄, 탄화규소, 지르코니아, 코디에라이트, 멀라이트, 스테아타이트, 포스테라이트 등의 각종 세라믹, 유리 등의 유전체 또는 실리콘, 질화갈륨 등의 반도체 및 수지기판 등을 사용할 수 있다. 또한, 고음속막은 질화알루미늄, 산화알루미늄, 탄화규소, 질화규소, 산질화규소, DLC막 또는 다이아몬드, 상기 재료를 주성분으로 하는 매질, 상기 재료의 혼합물을 주성분으로 하는 매질 등, 다양한 고음속 재료를 사용할 수 있다.
여기서, 탄성표면파 공진자를 구성하는 IDT 전극의 전극 파라미터에 대해 설명한다.
탄성표면파 공진자의 파장이란, 도 3에 나타내는 IDT 전극을 구성하는 복수개의 전극지(110a 또는 110b)의 반복 주기인 파장(λ)으로 규정된다. 또한, 전극피치(P)는 파장(λ)의 1/2이며, 빗살형상 전극(11a 및 11b)을 구성하는 전극지(110a 및 110b)의 라인 폭을 W로 하고, 서로 이웃하는 전극지(110a)와 전극지(110b) 사이의 스페이스 폭을 S로 한 경우, (W+S)로 정의된다. 또한, 한 쌍의 빗살형상 전극(11a 및 11b)의 교차 폭(L)은 전파방향에서 본 경우의 중복되는 전극지 길이이다. 또한, 각 공진자의 전극듀티(R)는 복수개의 전극지(110a 및 110b)의 라인 폭 점유율이며, 복수개의 전극지(110a 및 110b)의 라인 폭과 스페이스 폭의 가산값에 대한 상기 라인 폭의 비율이며, W/(W+S)로 정의된다. 또한, 쌍수란, 빗살형상 전극(11a 및 11b) 중 쌍을 이루는 전극지(110a) 및 전극지(110b)의 수이며, 전극지(110a) 및 전극지(110b)의 총수의 대강 반수(半數)이다. 예를 들면, 쌍수를 N으로 하고, 전극지(110a) 및 전극지(110b)의 총수를 M으로 하면, M=(N+1)×2를 충족시킨다. 즉, 빗살형상 전극(11a 및 11b) 중 한쪽의 하나의 전극지의 선단 부분과 상기 선단 부분에 대향하는 다른 쪽의 버스바 전극으로 끼인 영역의 수가 0.5쌍에 상당한다. 또한, IDT 전극의 막 두께란, 복수개의 전극지(110a 및 110b)의 두께(h)이다.
[4. 레일리파 리플의 영향]
여기서, 필터(10a)에 발생하는 레일리파 리플의 영향에 대해 설명한다. 필터(10a)에서의 레일리파 리플의 발생 주파수는 필터(10a)의 통과대역의 약 0.76배의 주파수이다. 보다 구체적으로는, 필터(10a)의 가공 불균일로서 ±0.02배의 불균일이 존재하기 때문에, 필터(10a)에서의 레일리파 리플의 발생 주파수는 필터(10a)의 통과대역의 0.74배에서 0.78배의 주파수이다. 필터(10a)와 공통단자(20)에 공통 접속된 필터(10b~10f) 중 필터(10b)는 필터(10a)에서의 레일리파 리플의 발생 주파수가 겹치는 통과대역을 가진다.
도 4는 레일리파 리플에 대해 설명하기 위한 도면이다. 도 4에서, 가로축은 주파수를 나타내고, 세로축은 필터(10a)의 삽입 손실을 나타낸다. 상술한 바와 같이, 필터(10a)를 구성하는 각 공진자가 압전체층과 고음속 지지 기판과 저음속막으로 이루어지는 적층구조를 가지기 때문에, 필터(10a)에서 발생하는 레일리파 리플이 커진다. 도 4에 나타내지는 바와 같이, 필터(10a)의 통과대역인 Band30Rx의 약 0.76배의 주파수와 겹치는 Band66Tx, 즉, 필터(10b)의 통과대역에서 레일리파 리플이 발생한 것을 알 수 있다. 이 레일리파 리플이 발생한 주파수에서는, 공통단자(20)로부터 필터(10a)를 봤을 경우의 반사 계수가 악화(저하), 바꿔 말하면, 리턴로스가 증가된다. 상기 레일리파 리플이 발생한 주파수가 필터(10b)의 통과대역에 포함되기 때문에, 필터(10b)의 통과대역 내에 상기 레일리파 리플에 기인한 리플이 발생한다. 이 통과대역 내에 발생한 리플에 의해, 필터(10b)의 통과대역 내의 삽입 손실이 악화된다.
발명자는 예의 검토한 결과, 필터(10b)(Band66Tx 필터)의 삽입 손실을 열화시키는 요인이 상술한 레일리파 리플이며, 필터(10a)에 대하여 이하에 나타내는 바와 같은 구성(공진자 파라미터)을 적용함으로써, 필터(10b)의 삽입 손실 열화를 억제할 수 있는 것을 발견했다.
[5. 실시예 및 비교예의 비교]
표 1에, 실시예에 따른 필터(10a)를 구성하는 각 공진자의 공진자 파라미터를 나타낸다. 표 2에, 비교예에 따른 필터(10a)를 구성하는 각 공진자의 공진자 파라미터를 나타낸다. 한편, 비교예에 따른 필터에 대해, 회로 구성이 실시예에 따른 필터와 동일하기 때문에, 동일한 부호 10a를 붙여 설명을 생략한다. 실시예와 비교예에서는 필터(10a)를 구성하는 직렬암 공진자의 쌍수 및 교차 폭이 다르다.
실시형태 1에서는 직렬암 공진자(S1~S4), 및 병렬암 공진자(P1 및 P3)는 각각 하나의 공진자가 분할된 복수개의 분할 공진자에 의해 구성된다. 표 1 및 표 2에 나타내지는 쌍수는 분할 공진자에 의해 구성되는 공진자에 대해서는 분할 공진자의 쌍수를 나타냈다. 예를 들면, 직렬암 공진자(S1)는 분할 공진자(S1a 및 S1b)에 의해 구성되지만, 분할 공진자(S1a 및 S1b) 각각의 쌍수가 75쌍으로 되어 있다.
표 1 및 표 2에 나타내지는 바와 같이, 실시예에서는 직렬암 공진자(S1)의 IDT 전극을 구성하는 복수개의 전극지의 쌍수(직렬암 공진자(S1)의 전극지 쌍수)는 직렬암 공진자(S1~S4) 각각의 IDT 전극을 구성하는 복수개의 전극지의 쌍수(직렬암 공진자(S1~S4) 각각의 전극지 쌍수) 중 가장 적다. 또한, 직렬암 공진자(S1~S4) 각각의 쌍수는 공통단자(20)에 가까운 직렬암 공진자의 쌍수일수록 적어진다. 한편으로, 비교예에서는 직렬암 공진자(S1)의 쌍수는 직렬암 공진자(S1~S4) 각각의 쌍수 중 가장 많다. 또한, 실시예 및 비교예 모두 병렬암 공진자(P1)의 쌍수는 병렬암 공진자(P1~P3) 각각의 쌍수 중 가장 적다.
도 5는 실시예 및 비교예에 따른 필터(10b)(제2 필터)의 통과 특성을 비교한 그래프이다. 도 5에서, 가로축은 주파수를 나타내고, 세로축은 필터(10b)의 삽입 손실을 나타낸다. 도 5에서는 실시예에서의 특성을 실선으로 나타내고, 비교예에서의 특성을 파선으로 나타낸다. 후술할 도 6 및 도 8에 대해서도 마찬가지이다.
도 5에 나타내지는 바와 같이, 필터(10b)의 통과대역(즉, Band66Tx)에서, 비교예와 비교하여 실시예에서는 통과대역 내의 삽입 손실이 개선된 것을 알 수 있다. 구체적으로는, 비교예에서의 통과대역 내의 삽입 손실은 최대 2.22dB인 것에 반해, 실시예에서의 통과대역 내의 삽입 손실은 최대 1.98dB로 되어 있다. 이것은 실시예에서는 비교예와 비교하여, 필터(10a)에서 발생하는 레일리파 리플이 작아졌기 때문이다. 이에 대해 도 6 및 도 7을 이용하여 설명한다.
도 6은 실시예 및 비교예에 따른 필터(10a)(제1 필터)의 공통단자(20) 측에서 본 리턴로스 특성을 비교한 그래프이다. 도 6에서, 가로축은 주파수를 나타내고, 세로축은 필터(10a)의 리턴로스를 나타낸다.
필터(10a)(제1 필터)의 리턴로스가 커지면, 필터(10b)(제2 필터)로부터 필터(10a)의 통과대역(즉, Band30Rx)으로 누설되는 신호 성분이 증가되기 때문에, 필터(10b)의 통과대역(즉, Band66Tx)의 삽입 손실이 악화된다. 필터(10a)에서, 직렬암 공진자(S1~S4) 중 공통단자(20)에 가장 가깝게 접속되는 직렬암 공진자(S1)는 필터(10a)와 공통단자(20)에서 공통 접속된 필터(10b)에 영향을 주기 쉽다. 따라서, 필터(10a)에서 공통단자(20)에 가장 가깝게 접속된 직렬암 공진자(S1)의 공진자 파라미터에 의해, 필터(10b)에 영향을 줄 수 있다고 생각된다. 따라서, 본 발명에서는 공진자 파라미터 중 공진자의 쌍수에 착안했다.
실시예에서는 직렬암 공진자(S1~S4)의 쌍수 중 직렬암 공진자(S1)의 쌍수가 가장 적었고, 비교예에서는 직렬암 공진자(S1~S4)의 쌍수 중 직렬암 공진자(S1)의 쌍수가 가장 많았다. 도 6에 나타내지는 바와 같이, Band66Tx(1710-1780㎒)에서, 직렬암 공진자(S1)의 쌍수가 적은 실시예에서는 리턴로스 차(Band30Rx에서의 리턴로스의 최대와 최소의 차분)가 작았고, 직렬암 공진자(S1)의 쌍수가 많은 비교예에서는 리턴로스 차가 큰 것을 알 수 있다.
도 7은 실시형태 1에 따른 직렬암 공진자(S1)(제1 직렬암 공진자)의 쌍수와 리턴로스 차의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 7에서, 가로축은 직렬암 공진자(S1)의 쌍수를 나타내고, 세로축은 필터(10a)의 리턴로스 차를 나타낸다. 도 7로부터도 직렬암 공진자(S1)의 쌍수를 적게 할수록, 리턴로스 차가 작아지는 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 필터(10a)에서 레일리파 리플이 발생한 주파수에서는 필터(10a)의 리턴로스가 증가하기 때문에, 도 6 및 도 7에 나타내지는 결과로부터, 리턴로스 차가 작은 실시예에서는 레일리파 리플이 억제되었다고 할 수 있다. 즉, 실시예와 같이, 직렬암 공진자(S1)의 쌍수를 적게 함으로써, 레일리파 리플을 억제할 수 있다고 할 수 있다. 따라서, 도 5에 나타내지는 바와 같이, 실시예에서는 비교예와 비교하여 레일리파 리플에 의한 필터(10b)의 통과대역 내의 삽입 손실 열화를 억제할 수 있다. 공진자의 쌍수를 적게 할수록 리턴로스 차가 작아지는 것은 공진자의 쌍수가 적을수록 IDT 전극에서의 반사 효율(가둠 효율)이 나빠지는 것이 영향을 주었다고 생각된다.
또한, 직렬암 공진자(S1~S4) 각각의 쌍수에 대해, 공통단자(20)에 가까운 직렬암 공진자의 쌍수일수록 적어졌다. 이것은 공통단자(20) 측에 가깝게 접속된 직렬암 공진자일수록 필터(10b)의 리턴로스에 영향을 주기 쉽기 때문이다.
한편, 병렬암 공진자(P1~P3) 중 공통단자(20)에 가장 가깝게 접속되는 병렬암 공진자(P1)에 대해서도 직렬암 공진자(S1)와 마찬가지로 공통단자(20) 측에 접속되기 때문에, 필터(10a)의 리턴로스에 영향을 주기 쉽다. 이 때문에, 실시예에서는 병렬암 공진자(P1~P3)의 쌍수 중 병렬암 공진자(P1)의 쌍수가 가장 적었고, 레일리파 리플에 의한 필터(10b)의 통과대역 내의 삽입 손실 열화를 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 직렬암 공진자(S1)는 필터(10a)의 리턴로스에 영향을 주기 쉽지만, 공통단자(20)로부터 먼 직렬암 공진자(S2~S4)에 대해서는 그 쌍수를 늘려도 필터(10a)의 리턴로스에 영향을 주기 어렵다. 이 때문에, 표 1에 나타내지는 바와 같이, 실시예에서는 직렬암 공진자(S1)를 제외한 직렬암 공진자(S2~S4) 각각의 쌍수는 직렬암 공진자(S1)의 쌍수보다도 많다. 한편으로, 표 2에 나타내지는 바와 같이, 비교예에서는 직렬암 공진자(S2~S4) 각각의 쌍수는 직렬암 공진자(S1)의 쌍수보다도 적다.
필터(10a)를 구성하는 직렬암 공진자(S2~S4) 각각의 쌍수를 늘림으로써, 필터(10b)의 통과대역 내의 삽입 손실 열화의 억제에 더하여, 필터(10a)의 통과대역 내의 삽입 손실 열화의 억제도 가능해진다.
도 8은 실시예 및 비교예에 따른 필터(10a)(제1 필터)의 통과 특성을 비교한 그래프이다. 도 8에서 가로축은 주파수를 나타내고, 세로축은 필터(10a)의 삽입 손실을 나타낸다.
도 8에 나타내지는 바와 같이, 필터(10a)의 통과대역(즉, Band30Rx)에서, 비교예와 비교하여 실시예에서는 통과대역 내의 삽입 손실이 개선된 것을 알 수 있다. 구체적으로는, 비교예에서의 통과대역 내의 삽입 손실은 최대 2.50dB인 것에 반해, 실시예에서의 통과대역 내의 삽입 손실은 최대 2.37dB로 되어 있다. 이것은 실시예에서는 비교예와 비교하여, 필터(10a)에서의 직렬암 공진자(S2~S4) 각각의 쌍수가 많아，즉, IDT 전극의 전극지 저항이 감소하기 때문이다.
이와 같이, 공통단자(20)에 가장 가깝게 접속된 직렬암 공진자(S1)의 쌍수를, 직렬암 공진자(S1~S4) 각각의 쌍수 중 가장 적게 하면서, 직렬암 공진자(S1)를 제외한 직렬암 공진자(S2~S4)의 쌍수를 많게 함으로써, 필터(10a 및 10b) 쌍방의 통과대역 내의 삽입 손실 열화를 억제할 수 있다.
한편, 실시형태 1에서는 필터(10a)는 적어도 3개(여기서는 4개)의 직렬암 공진자에 의해 구성된다. 직렬암 공진자(S1)의 쌍수를 적게 한 경우, 필터(10b)의 통과대역 내의 삽입 손실 열화를 억제할 수 있는데, 필터(10a) 전체의 전극지 저항은 직렬암 공진자(S1)의 쌍수를 적게 한만큼 커지고, 필터(10a)의 통과대역 내의 삽입 손실 열화의 요인이 된다. 이 때문에, 필터(10a)를 구성하는 직렬암 공진자의 수를 많게 하고, 직렬암 공진자(S1)를 제외한 다른 직렬암 공진자의 쌍수를 많게 함으로써, 필터(10a) 전체의 전극지 저항을 작게 할 수 있으며, 필터(10a)의 통과대역 내의 삽입 손실 열화를 억제할 수 있다. 한편, 상술한 바와 같이, 다른 직렬암 공진자의 쌍수를 많게 했다고 해도, 이들 직렬암 공진자는 공통단자(20)로부터 멀리 접속되기 때문에, 필터(10b)의 통과대역 내의 삽입 손실 열화의 요인이 되기 어렵다.
또한, 직렬암 공진자(S1~S4) 각각의 쌍수는 서로 다른 것이 바람직하다. 예를 들면, 직렬암 공진자(S1)의 쌍수를 가장 적게 한 경우에, 직렬암 공진자(S2~S4) 각각의 쌍수가 서로 동일한 경우에는, 직렬암 공진자(S2~S4)에 의한 레일리파 리플이 하나의 주파수에 집중되어 발생한다. 이 때문에, 필터(10a)의 리턴로스에 영향을 주기 어려운 직렬암 공진자(S2~S4)여도 레일리파 리플이 하나의 주파수에 집중되어 발생함으로써, 필터(10a)의 리턴로스를 증가시키는 경우가 있다. 이 때문에, 실시예에서는 직렬암 공진자(S1~S4) 각각의 쌍수를 서로 다르게 했다.
또한, 예를 들면, 직렬암 공진자(S1)의 쌍수는 필터(10a)의 리턴로스 차가 0.5dB 이내가 되도록 설계되는 것이 바람직하다. 리턴로스 차를 0.5dB 이내로 함으로써, 필터(10b)의 통과대역 내의 삽입 손실 열화를 약 0.15dB 이내로 할 수 있다. 0.15dB 이내의 삽입 손실 열화란, 필터의 가공 불균일에 의해 발생하는 삽입 손실 열화보다도 작고 허용범위 내의 열화가 된다. 도 7로부터, 필터(10a)의 리턴로스 차가 0.5dB 이내가 될 때의 직렬암 공진자(S1)의 쌍수는 대강 100쌍 이하인 것을 알 수 있다. 즉, 직렬암 공진자(S1)의 쌍수는 100쌍 이하가 되도록 설계되는 것이 바람직하다. 이로써, 필터(10b)의 통과대역 내의 삽입 손실 열화를 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 예를 들면, 필터(10b)는 필터(10a)와 마찬가지로, 제2 경로 상에 배치된 복수개의 직렬암 공진자와, 제2 경로 상에 마련된 접속 노드이며, 복수개의 직렬암 공진자 중 공통단자(20)에 가장 가깝게 접속된 제2 직렬암 공진자보다도 입출력단자(21b) 측에 마련된 접속 노드와 그라운드 사이에 배치된 적어도 하나의 병렬암 공진자를 가진다. 필터(10c~10f)에 대해서도 마찬가지로 이와 같은 래더형 구조를 가진다.
표 3에, 실시형태 1에 따른 멀티플렉서(10)를 구성하는 각 필터에서의, 공통단자(20)에 가장 가깝게 접속된 직렬암 공진자의 쌍수를 나타낸다.
표 3에 나타내지는 바와 같이, 필터(10a)가 가지는 직렬암 공진자(S1)의 IDT 전극을 구성하는 복수개의 전극지의 쌍수(직렬암 공진자(S1)의 전극지 쌍수)는 필터(10b~10f)가 가지는 공통단자(20)에 가장 가깝게 접속된 제2 직렬암 공진자의 IDT 전극을 구성하는 복수개의 전극지의 쌍수(제2 직렬암 공진자의 전극지 쌍수)보다도 적다.
상술한 바와 같이, 필터 전체의 전극지 저항을 작게 하기 위해, 필터를 구성하는 공진자의 쌍수를 많게 하는 것이 바람직하다. 멀티플렉서(10)에서는 필터(10b)의 통과대역과, 필터(10a)에서의 레일리파 리플의 발생 주파수가 중복되기 때문에, 필터(10a)를 구성하는 직렬암 공진자(S1)의 쌍수를 적게 할 필요가 있다. 그러나 필터(10b~10f)에 대해서는 각각의 레일리파 리플의 발생 주파수와 겹치는 통과대역을 가지는 필터가 멀티플렉서(10)에 포함되지 않는다. 따라서, 필터(10b~10f)에 대해서는 공통단자(20)에 가장 가까운 직렬암 공진자의 쌍수를 적게 할 필요가 없고, 오히려 필터 전체의 전극지 저항을 작게 하기 위해, 직렬암 공진자의 쌍수를 많게 하는 것이 바람직하다.
이 때문에, 표 3에 나타내지는 바와 같이, 필터(10b~10f)가 가지는 공통단자(20)에 가장 가깝게 접속된 직렬암 공진자 각각의 쌍수는 많아지도록 설계되고, 이로써, 필터(10b~10f)의 통과대역 내의 삽입 손실 열화를 억제할 수 있다.
[6. 정리]
이상 설명한 바와 같이, 멀티플렉서(10)는 공통단자(20)와 입출력단자(21a)를 잇는 제1 경로 상에 배치된 필터(10a)와, 공통단자(20)와 입출력단자(21b)를 잇는 제2 경로 상에 배치되며, 필터(10a)에서의 레일리파 리플의 발생 주파수가 겹치는 통과대역을 가지는 필터(10b)를 포함한다. 필터(10a)는, 제1 경로 상에 배치된 복수개의 직렬암 공진자와, 제1 경로 상에 마련된 접속 노드이며, 복수개의 직렬암 공진자 중 공통단자(20)에 가장 가깝게 접속된 직렬암 공진자(S1)보다도 입출력단자(20a) 측에 마련된 접속 노드와 그라운드 사이에 배치된 병렬암 공진자(P1)를 가진다. 복수개의 직렬암 공진자 및 병렬암 공진자(P1)는 SH파를 메인모드로 이용한다. 직렬암 공진자(S1)의 전극지 쌍수는 복수개의 직렬암 공진자 각각의 전극지 쌍수 중 가장 적다.
복수개의 직렬암 공진자 중 공통단자(20)에 가장 가깝게 접속되는 직렬암 공진자(S1)는 필터(10a)에서 공통단자(20)에 가장 가깝게 접속되기 때문에, 필터(10a)와 공통단자(20)에서 공통 접속된, 상기 주파수와 겹치는 통과대역을 가지는 필터(10b)에 영향을 주기 쉽다. 도 6 및 도 7에 나타내지는 시뮬레이션 결과로부터, 직렬암 공진자(S1)의 쌍수가 적을수록, 필터(10a)의 리턴로스 차(필터(10b)의 통과대역에서의 리턴로스의 최대와 최소의 차분)가 작아졌고, 레일리파 리플이 억제되는 것을 알 수 있다. 따라서, 직렬암 공진자(S1)의 쌍수를 복수개의 직렬암 공진자 각각의 쌍수 중 가장 적게 함으로써, 탄성파 공진자의 레일리파 리플에 의한, 필터(10b)의 통과대역 내의 삽입 손실 열화를 억제할 수 있다.
또한, 직렬암 공진자(S1)의 쌍수를 복수개의 직렬암 공진자 각각의 쌍수 중 가장 적게 한다는 것은 바꿔 말하면, 직렬암 공진자(S1)를 제외한 직렬암 공진자의 쌍수를 많게 하는 것을 의미한다. 필터(10a) 전체의 전극지 저항은 직렬암 공진자(S1)의 쌍수를 적게 함으로써 커지지만, 직렬암 공진자(S1)를 제외한 직렬암 공진자의 쌍수를 많게 함으로써, 전극지 저항의 증가를 억제할 수 있다. 이로써, 필터(10a)의 통과대역 내의 삽입 손실 열화를 억제할 수 있다.
또한, 예를 들면, 복수개의 직렬암 공진자 및 병렬암 공진자(P1) 각각의 IDT 전극은 압전체층을 가지는 압전기판(50) 상에 형성되어도 된다. 압전기판(50)은 IDT 전극이 한쪽의 주면 상에 형성된 압전체층과, 압전체층을 전파하는 탄성파 음속보다도, 전파하는 벌크파 음속이 고속인 고음속 지지 기판과, 고음속 지지 기판과 압전체층 사이에 배치되며 압전체층을 전파하는 벌크파 음속보다도, 전파하는 벌크파 음속이 저속인 저음속막을 포함해도 된다.
복수개의 직렬암 공진자 및 병렬암 공진자(P1)가 이와 같은 적층구조의 공진자를 가짐으로써, 각 공진자의 공진 주파수 및 반공진 주파수에서의 Q값을 대폭적으로 높이는 것이 가능해진다. 즉, Q값이 높은 탄성표면파 공진자를 구성할 수 있으므로, 상기 탄성표면파 공진자를 이용하여 삽입 손실이 작은 필터를 구성하는 것이 가능해진다. 이와 같은 적층구조의 공진자를 가지는 필터에서의 레일리파 리플은 커질 수 있지만, 본 발명에서는 직렬암 공진자(S1)의 쌍수를 복수개의 직렬암 공진자 각각의 쌍수 중 가장 적게 하기 때문에, 레일리파 리플을 억제하면서, 삽입 손실이 작은 필터를 구성하는 것이 가능해진다.
또한, 예를 들면, 필터(10a)는 병렬암 공진자(P1)를 포함하는 복수개의 병렬암 공진자를 가지며, 복수개의 병렬암 공진자 중 병렬암 공진자(P1)의 전극지 쌍수는 복수개의 병렬암 공진자 각각의 전극지 쌍수 중 가장 적어도 된다.
복수개의 병렬암 공진자 중 공통단자(20)에 가장 가깝게 접속되는 병렬암 공진자(P1)에 대해서도 직렬암 공진자(S1)와 마찬가지로 공통단자(20) 측에 접속되기 때문에, 필터(10b)에 영향을 주기 쉽다. 이 때문에, 복수개의 병렬암 공진자 각각의 쌍수 중 병렬암 공진자(P1)의 쌍수를 가장 적게 함으로써, 탄성파 공진자의 레일리파 리플에 의한, 필터(10b)의 통과대역 내의 삽입 손실 열화를 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 예를 들면, 필터(10b)는 제2 경로 상에 배치된 복수개의 직렬암 공진자와, 제2 경로 상에 마련된 접속 노드이며, 복수개의 직렬암 공진자 중 공통단자(20)에 가장 가깝게 접속된 제2 직렬암 공진자보다도 입출력단자(21b) 측에 마련된 접속 노드와 그라운드 사이에 배치된 적어도 하나의 병렬암 공진자를 가져도 된다. 직렬암 공진자(S1)의 전극지 쌍수는 제2 직렬암 공진자의 전극지 쌍수보다도 적어도 된다.
직렬암 공진자(S1)의 쌍수를 필터(10b)가 가지는 공통단자(20)에 가장 가깝게 접속된 제2 직렬암 공진자의 쌍수보다도 적게 한다는 것은, 바꿔 말하면, 필터(10b)에서의 제2 직렬암 공진자의 쌍수를 많게 하는 것을 의미한다. 필터(10b)를 구성하는 제2 직렬암 공진자의 쌍수를 많게 함으로써, 필터(10b) 전체의 전극지 저항을 작게 할 수 있고, 필터(10b)의 통과대역 내의 삽입 손실 열화를 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 예를 들면, 직렬암 공진자(S1)의 전극지 쌍수는 100쌍 이하여도 된다.
직렬암 공진자(S1)의 쌍수를 구체적으로 100쌍 이하로 함으로써, 탄성파 공진자의 레일리파 리플에 의한, 필터(10b)의 통과대역 내의 삽입 손실 열화를 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 예를 들면, 필터(10a)에서의 복수개의 직렬암 공진자는 적어도 3개의 직렬암 공진자여도 된다.
직렬암 공진자(S1)의 쌍수를 적게 한 경우, 필터(10b)의 통과대역 내의 삽입 손실 열화를 억제할 수 있지만, 필터(10a) 전체의 전극지 저항은 직렬암 공진자(S1)의 쌍수를 적게 한만큼 커지고, 필터(10a)의 통과대역 내의 삽입 손실 열화의 요인이 된다. 이 때문에, 필터(10a)를 구성하는 직렬암 공진자의 수를 많게 하고, 직렬암 공진자(S1)를 제외한 다른 직렬암 공진자의 쌍수를 많게 함으로써, 필터(10a) 전체의 전극지 저항을 작게 할 수 있고, 필터(10a)의 통과대역 내의 삽입 손실 열화를 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 예를 들면, 적어도 3개의 직렬암 공진자 각각의 전극지 쌍수는 서로 달라도 된다.
예를 들면, 직렬암 공진자(S1)를 제외한 직렬암 공진자 각각의 쌍수가 서로 동일한 경우에는 직렬암 공진자(S1)를 제외한 직렬암 공진자에 의한 레일리파 리플이, 하나의 주파수에 집중되어 발생한다. 이 때문에, 직렬암 공진자(S1)를 제외한 직렬암 공진자가 필터(10b)에 영향을 주기 어려운 공진자여도, 레일리파 리플이 하나의 주파수에 집중되어 발생함으로써, 필터(10a)의 리턴로스를 증가시키는 경우가 있다. 따라서, 적어도 3개의 직렬암 공진자 각각의 쌍수를 서로 다르게 함으로써, 필터(10a)의 리턴로스를 증가시키는 것을 억제할 수 있고, 탄성파 공진자의 레일리파 리플에 의한, 필터(10b)의 통과대역 내의 삽입 손실 열화를 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 예를 들면, 필터(10a)에서의 레일리파 리플의 발생 주파수는 필터(10a)의 통과대역의 0.74배에서 0.78배의 주파수이다.
(실시형태 2)
실시형태 1에 따른 멀티플렉서는 고주파 프론트엔드 회로, 나아가서는 상기 고주파 프론트엔드 회로를 포함하는 통신 장치에 적용하는 것이 가능하다. 따라서, 본 실시형태에서는 이와 같은 고주파 프론트엔드 회로 및 통신 장치에 대해 설명한다.
도 9는 실시형태 2에 따른 고주파 프론트엔드 회로(3) 및 통신 장치(1)의 구성도이다. 안테나 소자(ANT)와 고주파 프론트엔드 회로(3)와 RF 신호 처리 회로(70)와 베이스밴드 신호 처리 회로(80)는 통신 장치(1)를 구성한다. 한편, 안테나 소자(ANT)는 통신 장치(1)와 별개의 몸체에 마련되어도 된다.
고주파 프론트엔드 회로(3)는 실시형태 1에 따른 멀티플렉서(10)와, 스위치(61a 및 61b)와, 로우노이즈 앰프 회로(62a) 및 파워앰프 회로(62b)를 포함한다.
스위치(61a)는 멀티플렉서(10)의 입출력단자(21a, 21c 및 21e)에 접속된 선택단자와, 로우노이즈 앰프 회로(62a)에 접속된 공통단자를 가지는 스위치 회로이다. 스위치(61b)는 멀티플렉서(10)의 입출력단자(21b, 21d 및 21f)에 접속된 선택단자와, 파워앰프 회로(62b)에 접속된 공통단자를 가지는 스위치 회로이다.
스위치(61a 및 61b)는 제어부(도시하지 않음)로부터 제어 신호에 따라, 공통단자와 멀티플렉서(10)에서의 어느 한 신호 경로를 접속하는, 예를 들면, SPDT(Single Pole Double Throw)형 스위치에 의해 구성된다. 한편, 공통단자와 접속되는 선택 단자는 하나에 한정되지 않고, 복수개여도 상관없다. 즉, 고주파 프론트엔드 회로(3)는 캐리어 어그리게이션에 대응해도 상관없다.
로우노이즈 앰프 회로(62a)는 안테나 소자(ANT), 멀티플렉서(10) 및 스위치(61a)를 경유한 고주파 신호(여기서는 고주파 수신 신호)를 증폭시키고, RF 신호 처리 회로(70)에 출력하는 수신 증폭 회로이다. 파워앰프 회로(62b)는 RF 신호 처리 회로(70)로부터 입력된 고주파 신호(여기서는 고주파 송신 신호)를 증폭시키고, 스위치(61b) 및 멀티플렉서(10)를 통해 안테나 소자(ANT)에 출력하는 송신 증폭 회로이다.
RF 신호 처리 회로(70)는, 안테나 소자(ANT)로부터 수신 신호 경로를 통해 입력된 고주파 수신 신호를, 다운 컨버트 등에 의해 신호 처리하고, 상기 신호 처리하여 생성된 수신 신호를 베이스밴드 신호 처리 회로(80)에 출력한다. 또한, RF 신호 처리 회로(70)는 베이스밴드 신호 처리 회로(80)로부터 입력된 송신 신호를 업 컨버트 등에 의해 신호 처리하고, 상기 신호 처리하여 생성된 고주파 신호를 고주파 프론트엔드 회로(3)에 출력한다. RF 신호 처리 회로(70)는 예를 들면, RFIC이다.
베이스밴드 신호 처리 회로(80)로 처리된 신호는 예를 들면, 화상 신호로서 화상 표시를 위해, 또는 음성 신호로서 통화를 위해 사용된다.
한편, 고주파 프론트엔드 회로(3)는 상술한 각 구성 요소 사이에 다른 회로 소자를 포함해도 된다.
또한, 통신 장치(1)는 고주파 신호의 처리 방식에 따라, 베이스밴드 신호 처리 회로(80)를 포함하지 않아도 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 한 양태에 따른 고주파 프론트엔드 회로(3)는 멀티플렉서(10)와, 멀티플렉서(10)에 접속된 증폭 회로를 포함한다.
이에 따르면, 탄성파 공진자의 레일리파 리플에 의한 통과대역 내의 삽입 손실 열화를 억제할 수 있는 고주파 프론트엔드 회로를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 한 양태에 따른 통신 장치(1)는 안테나 소자(ANT)로 송수신되는 고주파 신호를 처리하는 RF 신호 처리 회로(70)와, 안테나 소자(ANT)와 RF 신호 처리 회로(70) 사이에서 고주파 신호를 전달하는 고주파 프론트엔드 회로(3)를 포함한다.
이에 따르면, 탄성파 공진자의 레일리파 리플에 의한 통과대역 내의 삽입 손실 열화를 억제할 수 있는 통신 장치를 제공할 수 있다.
(기타 실시형태)
이상, 본 발명의 실시형태에 따른 멀티플렉서, 고주파 프론트엔드 회로 및 통신 장치에 대해 설명했는데, 본 발명은 상기 실시형태에서의 임의의 구성 요소를 조합하여 실현되는 다른 실시형태나, 상기 실시형태에 대하여 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서 당업자가 생각해내는 각종 변형을 실시하여 얻어지는 변형예나, 본 발명에 따른 고주파 프론트엔드 회로 및 통신 장치를 내장한 각종 기기도 본 발명에 포함된다.
예를 들면, 상기 실시형태에서는 멀티플렉서(10)로서 헥사플렉서를 예로 설명했는데, 본 발명은 예를 들면, 2개 이상의 필터 안테나 단자가 공통화된 멀티플렉서에 적용할 수 있다.
또한, 예를 들면, 상기 실시형태에서는 필터(10a)는 복수개의 직렬암 공진자로서 4개의 직렬암 공진자(S1~S4)를 가지지만, 2개, 3개 또는 5개 이상의 직렬암 공진자를 가져도 된다.
또한, 예를 들면, 상기 실시형태에서는, 필터(10a)는 3개의 병렬암 공진자(P1~P3)를 가지지만, 하나의 병렬암 공진자(P1), 또는 병렬암 공진자(P1)를 포함하는 2개 또는 4개 이상의 병렬암 공진자를 가져도 된다.
또한, 예를 들면, 상기 실시형태에서는 필터(10a)는 복수개의 직렬암 공진자와 복수개의 병렬암 공진자를 가지지만, 이들에 더하여 종결합형 공진기를 가져도 된다.
또한, 예를 들면, 상기 실시형태에서는 필터(10a)가 가지는 각 공진자는 분할 공진자에 의해 구성되어 있었지만, 분할 공진자에 의해 구성되지 않아도 된다.
또한, 예를 들면, 상기 실시형태에서는 필터(10b~10f)는 탄성파 필터였지만, 탄성파 필터가 아니어도 되고, LC 필터 등이어도 된다.
또한, 필터(10b~10f)는 동일 칩으로 형성되어도 된다. 압전기판(50)이, IDT 전극이 한쪽의 주면 상에 형성된 압전체층과, 압전체층을 전파하는 탄성파 음속보다도, 전파하는 벌크파 음속이 고속인 고음속 지지 기판과, 고음속 지지 기판과 압전체층 사이에 배치되고, 압전체층을 전파하는 탄성파 음속보다도, 전파하는 벌크 파 음속이 저속인 저음속막을 포함하는 경우는, 필터(10b~10f) 통과대역의 주파수가 떨어져도 IDT 전극의 피치를 조정하는 것만으로 원하는 통과대역을 실현할 수 있다.
본 발명은 멀티밴드 시스템에 적용할 수 있는 멀티플렉서, 프론트엔드 회로 및 통신 장치로서, 휴대전화 등의 통신기기에 널리 이용할 수 있다.
1: 통신 장치
3: 고주파 프론트엔드 회로
10: 멀티플렉서
10a: 필터(제1 필터)
10b: 필터(제2 필터)
10c~10f: 필터
11a, 11b: 빗살형상 전극
20: 공통단자
21a: 입출력단자(제1 단자)
21b: 입출력단자(제2 단자)
21c~21f: 입출력단자
50: 압전기판
51: 밀착층
52: 메인 전극층
53: 보호층
61a, 61b: 스위치
62a: 로우노이즈 앰프 회로
62b: 파워앰프 회로
70: RF 신호 처리 회로(RFIC)
80: 베이스밴드 신호 처리 회로(BBIC)
110a, 110b: 전극지
111a, 111b: 버스바 전극
401: 공진자
P1: 병렬암 공진자(제1 병렬암 공진자)
P2, P3: 병렬암 공진자
P1a, P1b, P3a, P3b, S1a, S1b, S2a, S2b, S2c, S3a, S3b, S4a, S4b: 분할 공진자
S1: 직렬암 공진자(제1 직렬암 공진자)
S2~S4: 직렬암 공진자
x1~x3: 접속노드
3: 고주파 프론트엔드 회로
10: 멀티플렉서
10a: 필터(제1 필터)
10b: 필터(제2 필터)
10c~10f: 필터
11a, 11b: 빗살형상 전극
20: 공통단자
21a: 입출력단자(제1 단자)
21b: 입출력단자(제2 단자)
21c~21f: 입출력단자
50: 압전기판
51: 밀착층
52: 메인 전극층
53: 보호층
61a, 61b: 스위치
62a: 로우노이즈 앰프 회로
62b: 파워앰프 회로
70: RF 신호 처리 회로(RFIC)
80: 베이스밴드 신호 처리 회로(BBIC)
110a, 110b: 전극지
111a, 111b: 버스바 전극
401: 공진자
P1: 병렬암 공진자(제1 병렬암 공진자)
P2, P3: 병렬암 공진자
P1a, P1b, P3a, P3b, S1a, S1b, S2a, S2b, S2c, S3a, S3b, S4a, S4b: 분할 공진자
S1: 직렬암 공진자(제1 직렬암 공진자)
S2~S4: 직렬암 공진자
x1~x3: 접속노드
Claims (10)
- 공통단자와 제1 단자를 잇는 제1 경로 상에 배치된 제1 필터와,
상기 공통단자와 제2 단자를 잇는 제2 경로 상에 배치되며, 상기 제1 필터에서의 레일리파 리플의 발생 주파수가 겹치는 통과대역을 가지는 제2 필터를 포함하고,
상기 제1 필터는,
상기 제1 경로 상에 배치된 복수개의 직렬암(serial arm) 공진자와,
상기 제1 경로 상에 마련된 접속 노드이며, 상기 복수개의 직렬암 공진자 중 상기 공통단자에 가장 가깝게 접속된 제1 직렬암 공진자보다도 상기 제1 단자 측에 마련된 접속 노드와 그라운드 사이에 배치된 제1 병렬암(parallel arm) 공진자를 가지며,
상기 복수개의 직렬암 공진자 및 상기 제1 병렬암 공진자는 SH파를 메인모드로 이용하고,
상기 제1 직렬암 공진자의 전극지(電極指) 쌍수는 상기 복수개의 직렬암 공진자 각각의 전극지 쌍수 중 가장 적은, 멀티플렉서. - 제1항에 있어서,
상기 복수개의 직렬암 공진자 및 상기 제1 병렬암 공진자 각각의 IDT 전극은 압전체층을 가지는 기판 상에 형성되고,
상기 기판은,
상기 IDT 전극이 한쪽의 주면(主面) 상에 형성된 압전체층과,
상기 압전체층을 전파하는 탄성파 음속보다도, 전파하는 벌크파 음속이 고속인 고음속 지지 기판과,
상기 고음속 지지 기판과 상기 압전체층 사이에 배치되며, 상기 압전체층을 전파하는 벌크파 음속보다도, 전파하는 벌크파 음속이 저속인 저음속막을 포함하는, 멀티플렉서. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 필터는 상기 제1 병렬암 공진자를 포함하는 복수개의 병렬암 공진자를 가지며,
상기 복수개의 병렬암 공진자 중 상기 제1 병렬암 공진자의 전극지 쌍수는 상기 복수개의 병렬암 공진자 각각의 전극지 쌍수 중 가장 적은, 멀티플렉서. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 필터는,
상기 제2 경로 상에 배치된 복수개의 직렬암 공진자와,
상기 제2 경로 상에 마련된 접속 노드이며, 상기 복수개의 직렬암 공진자 중 상기 공통단자에 가장 가깝게 접속된 제2 직렬암 공진자보다도 상기 제2 단자 측에 마련된 접속 노드와 그라운드 사이에 배치된 적어도 하나의 병렬암 공진자를 가지며,
상기 제1 직렬암 공진자의 전극지 쌍수는 상기 제2 직렬암 공진자의 전극지 쌍수보다도 적은, 멀티플렉서. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 직렬암 공진자의 전극지 쌍수는 100쌍 이하인, 멀티플렉서. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 필터에서의 상기 복수개의 직렬암 공진자는 적어도 3개의 직렬암 공진자인, 멀티플렉서. - 제6항에 있어서,
상기 적어도 3개의 직렬암 공진자 각각의 전극지 쌍수는 서로 다른, 멀티플렉서. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 필터에서의 레일리파 리플의 발생 주파수는 상기 제1 필터의 통과대역의 0.74배에서 0.78배의 주파수인, 멀티플렉서. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 멀티플렉서와,
상기 멀티플렉서에 접속된 증폭 회로를 포함하는, 고주파 프론트엔드 회로. - 안테나 소자로 송수신되는 고주파 신호를 처리하는 RF 신호 처리 회로와,
상기 안테나 소자와 상기 RF 신호 처리 회로 사이에서 상기 고주파 신호를 전달하는 제9항에 기재된 고주파 프론트엔드 회로를 포함하는, 통신 장치.
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