KR20220002618A - 복합 필터 장치 - Google Patents

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KR20220002618A
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마사카즈 미무라
히로시 무라나카
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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

제1 및 제2 필터를 가지는 복합 필터 장치로서, 상대적 통과 대역이 높은 제2 필터에서의 삽입 손실을 한층 더 작게 할 수 있는 복합 필터 장치를 제공한다.
LiNbO3 기판인 압전 기판(22)과, 압전 기판(22) 상에 구성되고 각각이 탄성파 공진자로 이루어지는 복수개의 공진자를 포함하는 제1 필터(2)와, 제1 필터(2)와 일단들이 공통 접속되어 있는 제2 필터(3)를 포함하며, 제2 필터(3)의 통과 대역이 제1 필터(2)의 통과 대역보다도 높은 주파수 대역에 있고, 제1 필터(2)를 구성하고 있는 모든 공진자의 벌크파 방사 주파수가 제2 필터(3)의 통과 대역보다도 높은 복합 필터 장치(1).

Description

복합 필터 장치
본 발명은 복수개의 필터의 일단(一端)들이 공통 접속되어 있는 복합 필터 장치에 관한 것이다.
스마트폰 등의 이동체 통신기에서 탄성파 필터를 이용한 복합 필터 장치가 널리 이용되고 있다. 예를 들면, 하기의 특허문헌 1에 기재된 탄성파 공용기에서는 안테나 단자에 제1 필터 및 제2 필터의 일단들이 공통 접속되어 있다. 제1 필터의 통과 대역보다도 제2 필터의 통과 대역이 높게 되어 있다. 제1 필터는 래더(ladder)형 필터로 이루어진다. 이 래더형 필터는 탄성파 공진자로 이루어지는 복수개의 직렬암(serial arm) 공진자와, 탄성파 공진자로 이루어지는 복수개의 병렬암(parallel arm) 공진자를 가진다. 복수개의 직렬암 공진자 중 안테나 단자에 가장 가까운 직렬암 공진자의 벌크파 방사 주파수가 제2 필터의 통과 대역보다도 높게 되어 있다. 그로써, 제2 필터의 삽입 손실이 저감되어 있다.
국제공개공보 WO2009/147787
그러나 특허문헌 1에 기재된 발명에 따른 탄성파 공용기를 이용한 경우에서도 제2 필터의 통과 대역에서의 삽입 손실이 커지는 경우가 있었다.
본 발명의 목적은 제1 및 제2 필터를 가지는 복합 필터 장치로서, 상대적 통과 대역이 높은 제2 필터에서의 삽입 손실을 한층 더 작게 할 수 있는 복합 필터 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따른 복합 필터 장치는 LiNbO3 기판인 압전 기판과, 상기 압전 기판 상에 구성되고 각각이 탄성파 공진자로 이루어지는 복수개의 공진자를 포함하는 제1 필터와, 상기 제1 필터와 일단들이 공통 접속된 제2 필터를 포함하며, 상기 제2 필터의 통과 대역이 상기 제1 필터의 통과 대역보다도 높은 주파수 대역에 있고, 상기 제1 필터를 구성하는 모든 상기 공진자의 벌크파 방사 주파수가 상기 제2 필터의 통과 대역보다 높은 복합 필터 장치이다.
본 발명에 따른 복합 필터 장치에 의하면, 제1 필터보다도 통과 대역이 높은 제2 필터의 통과 대역에서의 삽입 손실을 한층 더 작게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시형태로서의 복합 필터 장치의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시형태에서 이용되는 탄성파 공진자를 설명하기 위한 정면 단면도이다.
도 3(a) 및 도 3(b)는 회전 Y컷 X전파의 LiNbO3을 사용한 일반적인 탄성파 공진자의 임피던스 특성 및 위상 특성을 나타내는 도면이다.
도 4는 실시예, 비교예 및 필터 단체(單體)의 각 필터 특성을 나타내는 도면이다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 참고예에 따른 탄성파 공진자의 임피던스 특성 및 위상 특성을 나타내는 도면이다.
도 6(a) 및 도 6(b)는 본 발명의 한 실시형태에서 이용되는 탄성파 공진자의 임피던스 특성 및 위상 특성을 나타내는 도면이다.
도 7은 IDT 전극의 Pt로 이루어지는 전극층의 막 두께, 즉 Pt막 두께와 주파수 비의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 IDT 전극의 Au로 이루어지는 전극층의 막 두께, 즉 Au막 두께와 주파수 비의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 IDT 전극의 W로 이루어지는 전극층의 막 두께, 즉 W막 두께와 주파수 비의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은 IDT 전극의 Ir로 이루어지는 전극층의 막 두께, 즉 Ir막 두께와 주파수 비의 관계를 나타내는 도면이다.
도 11은 Y컷 X전파의 LiNbO3 기판에서의 커트 각과 불요파의 전기기계 결합계수의 관계를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명함으로써, 본 발명을 분명하게 한다.
한편, 본 명세서에 기재된 각 실시형태는 예시적인 것이며, 다른 실시형태간에 구성의 부분적인 치환 또는 조합이 가능한 것을 지적해 둔다.
도 1은 본 발명의 한 실시형태로서의 복합 필터 장치의 회로도이다.
복합 필터 장치(1)는 예를 들면, 스마트폰의 RF단에서 멀티플렉서로서 이용된다.
복합 필터 장치(1)에서는 안테나 단자(ANT)에 제1~제4 필터(2~5)의 일단이 공통 접속되어 있다. 한편, 본 발명에 따른 복합 필터 장치(1)에서는 제1 필터(2) 및 제2 필터(3)를 포함하는 한, 안테나 단자(ANT)에 접속되는 복수개의 필터의 수는 특별히 한정되지 않는다. 즉, 복수개의 필터의 수는 2나 3이어도 되고, 5 이상이어도 된다.
제1~제4 필터(2~5)는 대역 통과형 필터이다. 제2 필터(3)의 통과 대역은 제1 필터(2)의 통과 대역보다도 높다.
제1 필터(2)는 복수개의 탄성파 공진자를 가지는 래더형 필터이다. 제1 필터(2)는 예를 들면, 송신 단자(10)를 가지는 송신 필터이다. 송신 단자(10)와 안테나 단자(ANT)를 잇는 직렬암에 복수개의 직렬암 공진자(S11~S14)가 마련되어 있다. 직렬암과 그라운드 전위를 잇는 복수개의 병렬암에서는 병렬암 공진자(P11~P13)가 각각 마련되어 있다. 직렬암 공진자(S11~S14) 및 병렬암 공진자(P11~P13)는 탄성파 공진자로 이루어진다.
도 2는 본 발명의 한 실시형태에서 이용되는 탄성파 공진자를 설명하기 위한 정면 단면도이다.
탄성파 공진자(21)는 LiNbO3 기판인 압전 기판(22)을 가진다.
상기 압전 기판(22) 상에 IDT 전극(24) 및 반사기(25, 26)가 마련되어 있다. 그로써, 1포트형 탄성파 공진자가 구성되어 있다.
IDT 전극(24) 및 반사기(25, 26)를 덮도록 유전체막(27)이 적층되어 있다. 유전체막(27)은 산화규소로 이루어진다. 다만, 유전체막(27)은 산화규소 이외의 유전체, 예를 들면, SiOxNy, 유리, 산화게르마늄 등으로 이루어지는 것이어도 된다.
도 1에 나타낸 제1 필터(2)에서의 직렬암 공진자(S11~S14) 및 병렬암 공진자(P11~P13)는 이와 같은 탄성파 공진자(21)로 이루어진다.
제2 필터(3)는 대역 통과형 필터이며, 이 구성은 특별히 한정되지 않으나 통과 대역의 주파수가 제1 필터(2)의 통과 대역보다도 높다.
또한, 제3 및 제4 필터(4, 5)의 통과 대역은 제1, 제2 필터(2, 3)의 통과 대역과 다른 주파수 대역에 있다. 제3, 제4 필터(4, 5)의 통과 대역도 서로 다르다.
복합 필터 장치(1)의 특징은 상기 제1 필터(2)를 구성하는 모든 공진자, 즉 직렬암 공진자(S11~S14) 및 병렬암 공진자(P11~P13)의 벌크파 방사 주파수가 제2 필터(3)의 통과 대역보다도 높은 주파수 위치로 설정되어 있는 것에 있다. 그로써, 제2 필터(3)의 통과 대역 내의 삽입 손실을 한층 더 작게 할 수 있다. 이를 이하의 실시예 및 비교예를 듦으로써, 보다 구체적으로 설명한다.
실시예로서 이하의 복합 필터 장치를 구성했다. 제1 필터(2)는 LTE에서 이용되는 밴드 1의 송신 필터이며, 제2 필터(3)가 밴드 1의 수신 필터이다.
통과 대역은 이하와 같다.
제1 필터(2); 밴드 1의 송신 필터, 통과 대역 1920㎒~1980㎒
제2 필터(3); 밴드 1의 수신 필터, 통과 대역 2110㎒~2170㎒
실시예에서는 이용한 모든 공진자, 즉 직렬암 공진자(S11~S14) 및 병렬암 공진자(P11~P13)의 벌크파 방사 주파수를 제2 필터(3)의 통과 대역보다도 높은 주파수 위치가 되도록 설정했다.
실시예의 공진자의 설계 파라미터는 이하와 같이 했다.
압전 기판(22); 17° Y컷 X전파 LiNbO3 기판
직렬암 공진자(S11~S14); 전극지(電極指) 피치로 정해지는 파장 λ=1.440㎛, 벌크파 방사 주파수 위치는 2799㎒
병렬암 공진자(P11~P13); 전극지 피치로 정해지는 파장 λ=1.605㎛, 벌크파 방사 주파수 위치는 2511㎒
상기 직렬암 공진자(S11~S14) 및 병렬암 공진자(P11~P13)에서는 이용하는 메인 응답은 러브파에 의한 응답이다.
한편, 벌크파 방사 주파수는 압전 기판(22)의 느린 횡파 벌크파의 음속에 상당하는 주파수이다. IDT 전극의 전극지 피치로 정해지는 파장을 λ, 느린 횡파 벌크파의 음속을 Vb로 한 경우, 벌크파 방사 주파수는 Vb/λ로 나타내진다. 본 실시예에서 사용한 회전 Y컷 X전파 LiNbO3의 경우, Vb는 약 4030m/초이다.
비교를 위해, 비교예의 복합 필터 장치에서는 안테나 단자(ANT)에 가장 가까운 직렬암 공진자(S14)의 벌크파 방사 주파수를 제2 필터(3)의 통과 대역보다도 높은 주파수 위치로 설정했다. 그 밖의 공진자, 즉 직렬암 공진자(S11~S13) 및 병렬암 공진자(P11~P13)의 벌크파 방사 주파수는 제2 필터(3)의 통과 대역 내 또는 통과 대역 내보다도 낮은 주파수 위치로 했다.
비교예의 각 공진자의 설계 파라미터는 이하와 같이 했다.
압전 기판; -6° Y컷 X전파 LiNbO3 기판
직렬암 공진자(S14); 전극지 피치로 정해지는 파장 λ=1.832㎛, 벌크파 방사 주파수 위치는 2200㎒
직렬암 공진자(S11~S13); 전극지 피치로 정해지는 파장 λ=1.883㎛, 벌크파 방사 주파수 위치는 2140㎒
병렬암 공진자(P11~P13); 전극지 피치로 정해지는 파장 λ=1.965㎛, 벌크파 방사 주파수 위치는 2051㎒
도 4에 상기 실시예 및 비교예의 필터 특성을 나타낸다. 실선이 실시예의 필터 특성을, 일점쇄선이 비교예의 필터 특성을 나타낸다. 또한, 파선으로 제2 필터(3) 단체의 필터 특성을 함께 나타낸다. 여기서, 제2 필터(3) 단체의 필터 특성이란, 안테나 단자에 제1 필터(2)를 접속하지 않은 상태로 제2 필터(3)만의 필터 특성을 측정한 것이다.
도 4로부터 분명한 바와 같이, 비교예의 복합 필터 장치에서의 제2 필터의 통과 대역 내의 삽입 손실은 실시예의 복합 필터 장치(1)에서의 제2 필터의 통과 대역 내의 삽입 손실보다도 크게 되어 있다. 또한, 실시예의 복합 필터 장치(1)에서의 제2 필터의 통과 대역 내의 삽입 손실은 제2 필터(3) 단체의 통과 대역 내의 삽입 손실과 거의 동등한 것을 알 수 있다. 이는 이하의 이유에 따른다고 생각된다.
도 3(a) 및 도 3(b)는 회전 Y컷 X전파의 LiNbO3 기판 상에 형성된 일반적인 러브파를 이용한 탄성파 공진자의 임피던스 특성 및 위상 특성을 나타낸다. 한편, 도 3(a) 및 도 3(b)에서는 가로축은 주파수와 파장의 곱인 음속을 나타내고 있다.
도 3(a) 및 도 3(b)에 화살표(A)로 나타내는 바와 같이, 반공진 주파수보다도 높은 주파수역에서 임피던스 특성이나 위상 특성에 흐트러짐이 발생하고 있다. 이 흐트러짐은 벌크파의 방사에 의한 것이다. 여기서, 도 3의 화살표(A)는 벌크파 방사 주파수에 상당하는 음속 Vb의 위치이며, 회전 Y컷 X전파 LiNbO3의 느린 횡파 벌크파의 음속인 약 4030m/초로 되어 있다. 화살표(A)로 나타내는 위치부터 고음속 측에 걸쳐 벌크파의 방사에 의한 응답이 나타나 있다. 이는 압전 기판 내로의 탄성파의 방사에 의한 손실에서 기인한다고 생각된다. 즉, 압전 기판의 느린 횡파 벌크파의 음속에 상당하는 주파수보다도 높은 주파수역에서는 탄성파, 압전 기판 표면 및 그 근방에 갇히지 못해, 압전 기판 내로 방사된다. 그로써, 손실이 발생하는 것에 의한 것으로 생각된다. 이 압전 기판의 느린 횡파 벌크파의 음속 Vb에 상당하는 주파수, 즉 Vb/λ가 상기와 같이 벌크파 방사 주파수라고 불린다. IDT 전극의 재료나 막 두께, 유전체막의 막 두께가 변화된 경우, 공진 주파수나 반공진 주파수는 변화되지만, 벌크파 방사 주파수는 압전 기판과 전극지의 피치로 결정되는 파장 λ만으로 결정되므로 변화되지 않는다. 즉, 공진 주파수나 반공진 주파수와 벌크파 방사 주파수의 간격은 IDT 전극의 재료나 막 두께에 의해 변화된다.
공통 단자인 안테나 단자(ANT)로부터 제2 필터(3)의 통과 대역의 신호가 입력되면, 신호의 일부가 제1 필터(2)를 구성하는 공진자에도 도달한다. 제1 필터(2)를 구성하는 직렬암 공진자(S11~S14) 및 병렬암 공진자(P11~P13)의 벌크파 방사 주파수가 제2 필터(3)의 통과 대역 내 또는 제2 필터(3)의 통과 대역보다도 낮은 주파수역에 존재하면, 제2 필터(3)의 통과 대역의 신호의 일부가 제1 필터(2)의 공진자에서 벌크파로서 누설된다. 그로써, 제2 필터(3)의 통과 대역에서의 삽입 손실이 악화된다.
비교예에서는 안테나 단자(ANT)에 가장 가까운 직렬암 공진자(S14)의 벌크파 방사 주파수는 제2 필터(3)의 통과 대역인 2110㎒~2170㎒보다도 높은 위치에 있기 때문에, 직렬암 공진자(S14)에서의 벌크파 방사에 의한 제2 필터(3)의 통과 대역 내에서의 손실은 발생하지 않는다. 그러나 그 밖의 직렬암 공진자(S11~S13) 및 병렬암 공진자(P11~P13)의 벌크파 방사 주파수가 제2 필터(3)의 통과 대역 내 혹은 통과 대역보다도 낮은 주파수역에 있다. 그 때문에, 상기와 같이 삽입 손실이 악화되어 있다고 생각된다.
이에 반해, 상기 실시예에서는 모든 공진자, 즉 직렬암 공진자(S11~S14) 및 병렬암 공진자(P11~P13)의 벌크파 방사 주파수가 제2 필터(3)의 통과 대역보다도 높은 주파수역에 있다. 따라서, 제2 필터(3)에서의 통과 대역 내의 삽입 손실을 작게 할 수 있다.
한편, 비교예에서는 안테나 끝에 가장 가까운 직렬암 공진자(S14)와 그 밖의 직렬암 공진자(S11~S13)에서 파장이 크게 다른 경우가 있고, 공진 주파수도 다른 경우가 있다. 즉 직렬암 공진자(S14)의 공진 주파수가 제1 필터의 통과 대역보다 고주파 측에 위치하는 경우가 있기 때문에, 제1 필터의 특성이 열화(劣化)되기 쉽다는 문제도 있다. 이에 반해 실시예에서는 후술하는 바와 같이 공진 주파수와 벌크파 방사 주파수의 비가 크게 되어 있다. 그로써, 모든 직렬암 공진자의 공진 주파수를 서로 근접시키고, 제1 필터(2)의 통과 대역 내에 배치할 수 있다. 따라서, 제1 필터(2)의 특성이 한층 더 열화되기 어렵다.
한편, 제1 필터(2) 및 제2 필터(3)가 동일한 압전 기판 상에 구성되어 있어도 되고, 제2 필터(3)는 제1 필터(2)를 구성하는 압전 기판과는 다른 압전 기판을 이용하여 구성되어 있어도 된다. 또한, 제2 필터(3)는 압전 기판을 이용하지 않는 탄성파이어도 되고, LC 필터 등의 탄성파를 이용하지 않는 필터이어도 된다.
한편, 도 1에 나타내는 바와 같이, 제1 필터(2) 및 제2 필터(3)에 추가로 제3, 제4 필터(4, 5) 등의 적어도 하나의 다른 필터가 제1, 제2 필터(2, 3)와 공통 접속되어도 된다. 이 경우, 복합 필터 장치(1)는 적어도 3개의 필터가 공통 접속되고, 제2 필터(3)의 통과 대역이 모든 필터의 통과 대역 중에서 가장 고역(高域) 측에 위치하는 것이 바람직하다. 이 경우에는 제1 필터(2)의 벌크파 방사에 의한 삽입 손실의 열화가 제1, 제2 필터(2, 3) 이외의 필터에서도 발생하기 어렵다.
또한, 제1, 제2 필터(2, 3)에 추가로, 적어도 하나의 다른 필터가 제1, 제2 필터(2, 3)와 공통 접속되고, 적어도 3개의 필터가 공통 접속되어 있는 구성에서 제1 필터(2)의 통과 대역이 모든 필터의 통과 대역 중에서 가장 낮아도 된다.
본 발명에 따른 복합 필터 장치에서는 제1 필터를 구성하는 복수개의 공진자 중 가장 낮은 공진 주파수를 가지는 공진자에서 벌크파 방사 주파수의 공진 주파수에 대한 비가 1.4 이상인 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 복합 필터 장치에서는 제1 필터를 구성하는 공진자 전체에서 벌크파 방사 주파수의 공진 주파수에 대한 비가 1.4 이상인 것이 보다 바람직하다. 한편, 이 벌크파 방사 주파수의 공진 주파수에 대한 비는 2.0 이하인 것이 바람직하다. 후술하는 바와 같이, 벌크파 방사 주파수의 공진 주파수에 대한 비는 메인 전극의 막 두께를 두껍게 할수록 커지나, 메인 전극의 막 두께가 지나치게 두꺼워지면 전극이나 유전체막 형성이 곤란해지기 때문이다.
벌크파 방사 주파수의 공진 주파수에 대한 비가 1.4 이상이면, 제1 필터와 제2 필터의 다양한 조합에 본 발명을 적용할 수 있다. 이를 이하에서 설명한다.
최근, 캐리어 어그리게이션(CA)이 도입되고 있다. 캐리어 어그리게이션에서는 다른 밴드의 대역 통과형 필터가 공통 접속되어 있다. 종래의 듀플렉서에서는 동일한 밴드의 수신 필터와 수신 필터가 공통 접속되고 있었다. 다른 밴드의 대역 통과형 필터가 공통 접속되는 경우, 통과 대역의 주파수가 상당히 떨어진 조합이 존재한다. 하기의 표 1은 캐리어 어그리게이션에 사용되는 밴드 조합의 대표예와 각각의 밴드의 수신 대역의 통과 대역을 나타낸다.
Figure pct00001
종래의 듀플렉서에서 송신 필터의 통과 대역과 수신 필터의 통과 대역이 가장 떨어진 밴드는 밴드 4이다. 밴드 4에서는 수신 필터 통과 대역의 중심 주파수의 송신 필터 통과 대역의 중심 주파수에 대한 비는 1.23이었다. 이에 반해, 캐리어 어그리게이션에서는 보다 큰 주파수 비의 관계에 있는 2개의 대역 통과형 필터가 안테나 단자에 접속되는 경우가 있다. 따라서, 예를 들면, 제1 필터에 이용되는 탄성파 공진자에서, 공진 주파수에 대한 벌크파 방사 주파수의 비를 종래보다 크게 하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 벌크파 방사 주파수의 공진 주파수에 대한 비를 1.4까지 크게 한 경우, 통과 대역의 중심 주파수의 비가 1.4 이하인 대역 통과형 필터의 조합에 적용할 수 있다. 예를 들면, 밴드 1과 밴드 7, 밴드 2와 밴드 7 혹은 밴드 39와 밴드 41 등의 수신 필터끼리의 조합에 대응할 수 있다. 또한, 상기 벌크파 방사 주파수의 메인 응답 공진 주파수에 대한 비를 1.5까지 크게 한 경우에는 중심 주파수 비가 1.5 이하인 밴드의 조합에 대응할 수 있다. 예를 들면, 밴드 11과 밴드 1, 밴드 3과 밴드 38, 밴드 3과 밴드 7 등의 수신 필터끼리의 조합에 대응할 수 있다. 따라서, 바람직하게는 벌크파 방사 주파수의 메인 응답 공진 주파수에 대한 비는 1.4 이상인 것이 바람직하다. 이를, 도 5 및 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 하기의 설계 파라미터의 러브파를 이용한 탄성파 공진자의 임피던스 특성 및 위상 특성을 나타낸다.
압전 기판; -6° Y컷 X전파 LiNbO3 기판
IDT 전극; Pt로 이루어지는 전극, Pt막 두께=0.025λ
SiO2막 두께; 0.30λ
한편, 파장 λ=2.375㎛로 했다. 상기 압전 기판의 느린 횡파 벌크파의 음속은 회전 Y컷 X전파의 LiNbO3의 값인 4030m/초를 이용했다.
도 5(a)로부터 분명한 바와 같이, 러브파를 이용한 메인 응답 공진 주파수는 1486㎒이다. 벌크파 방사 주파수는 1697㎒이다. 따라서, 벌크파 방사 주파수의 공진 주파수에 대한 비율인 주파수 비는 1.142이다. 이 경우, 제1 필터가 밴드 11의 수신 필터이며 제2 필터가 밴드 1의 수신 필터인 경우에는 이 탄성파 공진자를 밴드 11의 수신 필터의 탄성파 공진자로 이용하면, 벌크파 방사 주파수가 밴드 1의 통과 대역보다도 낮은 주파수역에 존재한다. 따라서, 밴드 1의 수신 필터인 제2 필터에서 손실이 악화될 우려가 있다.
이에 반해, 상기 벌크파 방사 주파수의 공진 주파수에 대한 비가 1.515인 탄성파 공진자를 이하의 설계 파라미터로 제작했다.
압전 기판; 15° Y컷 X전파 LiNbO3 기판
IDT 전극; Pt로 이루어지는 전극, Pt막 두께=0.095λ
SiO2막 두께; 0.30λ
이 탄성파 공진자의 임피던스 특성 및 위상 특성을 도 6(a) 및 도 6(b)에 나타낸다. 러브파의 파장 λ는 1.790㎛로 했다. 러브파의 응답의 공진 주파수는 1486㎒에 나타나 있다. 벌크파 방사 주파수는 2252㎒이다. 따라서, 벌크파 방사 주파수의 공진 주파수에 대한 비인 주파수 비는 1.515이다.
상기 탄성파 공진자를 밴드 11의 수신 필터의 탄성파 공진자로서 이용하면, 벌크파 방사 주파수가 밴드 1의 통과 대역보다도 높은 주파수역에 존재하게 된다. 따라서, 밴드 1의 수신 필터에서의 손실을 현저하게 작게 할 수 있고, 양호한 필터 특성을 얻을 수 있다.
상기와 같이, 탄성파 공진자의 메인 응답의 공진 주파수에 대한 벌크파 방사 주파수의 비를 1.4 이상으로 하는 것이 바람직하고, 1.5 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
한편, 상기 주파수 비를 크게 하기 위해서는 IDT 전극에 밀도가 높은 금속을 사용하면서 이 두께를 크게 하면 된다. 이와 같은 전극 재료로는 바람직하게는 Pt, Au, W, Ir, Ta, Mo 및 Cu 등을 들 수 있다. 이 경우, IDT 전극이 이들 밀도 높은 금속으로 이루어지는 것이 바람직한데, IDT 전극은 이들 금속을 메인 전극 재료로 하는 한, 다른 금속으로 이루어지는 전극층이 적층되어도 된다.
여기서, 메인 전극 재료란, IDT 전극에서 이용하는 탄성파를 여진(勵振)하기 위해 주로 작용하는 전극 재료이며, IDT 전극을 구성하고 있는 금속 전체의 50중량% 이상을 차지하는 전극 재료를 말하는 것으로 한다.
IDT 전극의 재료로 Pt, Au, W 또는 Ir막을 이용한 경우의 Pt막 두께, Au막 두께, W막 두께 또는 Ir막 두께와 상기 주파수 비의 관계를 도 7~도 10에 나타낸다.
도 7로부터 분명한 바와 같이, Pt를 메인 전극 재료로 사용한 경우, Pt막 두께를 0.072λ 이상으로 한 경우, 상기 주파수 비를 1.4 이상으로 할 수 있다. 또한, 주파수 비가 1.5 이상이 되는 두께는 0.092λ 이상인 것을 알 수 있다. 마찬가지로, 도 8로부터 분명한 바와 같이, Au를 메인 전극 재료로 사용한 경우, 주파수 비가 1.4 이상이 되는 것은 Au막 두께가 0.072λ 이상인 경우이며, 1.5 이상이 되는 것은 0.090λ 이상이다. 도 9로부터 분명한 바와 같이, 메인 전극 재료가 W인 경우, 주파수 비가 1.4 이상이 되는 것은 0.088λ 이상이며, 1.5 이상이 되는 것은 0.116λ 이상이다. 도 10으로부터 분명한 바와 같이, 메인 전극 재료가 Ir인 경우, 주파수 비가 1.4 이상이 되는 것은 0.076λ 이상이며, 1.5 이상이 되는 것은 0.10λ 이상이다.
상기와 같이, 메인 전극 재료의 종류에 따라 이 막 두께를 보정함으로써, 상기 주파수 비를 1.4 이상, 또는 1.5 이상으로 설정할 수 있는 것을 알 수 있다.
도 11은 Y컷 X전파의 LiNbO3 기판에서의 커트 각과 불요파의 전기기계 결합계수의 관계를 나타낸다. 여기서 불요파란, 러브파를 이용한 상기 탄성파 공진자에서, 공진 주파수-반공진 주파수의 대역 근방에 레일리파의 여진에 의한 스퓨리어스가 발생하는 경우가 있고, 이 레일리파에 의한 스퓨리어스를 말한다.
도 11로부터 분명한 바와 같이, 커트 각을 변화시키면 레일리파의 전기기계 결합계수가 변화된다. 따라서, 커트 각을 3° 이상, 26° 이하의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 이 경우에는 불요파의 전기기계 결합계수를 0.1% 이하로 할 수 있다. 이 커트 각의 LiNbO3 기판을 이용하면, 제1 필터의 필터 특성의 열화를 억제할 수 있다.
본 명세서에서는 압전 기판에 사용되는 LiNbO3의 방위를 θ° 회전 Y컷 X전파라고 기재하고 있다. 이를 오일러 각에 의해 표시하면 (0°, θ-90°, 0°)가 된다. 여기서, 0°로 되어 있는 제1 및 제3 오일러 각에 대해서는 -5° 이상 5° 이하의 범위 내이어도 된다. 여기서, 압전 기판에서 사용하는 LiNbO3의 결정 축의 방향이 역방향인 경우이어도, 전기적 특성은 동일하게 된다. 따라서, 오일러 각 (0°, θ+90°, 0°)인 LiNbO3을 사용한 압전 기판으로 해도 된다. 이 경우는 커트 각으로 표기하면, (θ-180)° 회전 Y컷 X전파가 된다.
한편, 도 1에서는 제1 필터(2)는 직렬암 공진자(S11~S14) 및 병렬암 공진자(P11~P13)를 가지고 있었는데, 래더형 필터에서의 공진자의 수는 이에 한정되는 것은 아니다.
1: 복합 필터 장치
2~5: 제1~제4 필터
10: 송신 단자
21: 탄성파 공진자
22: 압전 기판
24: IDT 전극
25, 26: 반사기
27: 유전체막
P11~P13: 병렬암 공진자
S11~S14: 직렬암 공진자

Claims (12)

  1. LiNbO3 기판인 압전 기판과,
    상기 압전 기판 상에 구성되고 각각이 탄성파 공진자로 이루어지는 복수개의 공진자를 포함하는 제1 필터와,
    상기 제1 필터와 일단(一端)들이 공통 접속된 제2 필터를 포함하며,
    상기 제2 필터의 통과 대역이 상기 제1 필터의 통과 대역보다도 높은 주파수 대역에 있고,
    상기 제1 필터를 구성하는 모든 상기 공진자의 벌크파 방사 주파수가 상기 제2 필터의 통과 대역보다 높은, 복합 필터 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 필터를 구성하는 복수개의 상기 공진자 중 가장 낮은 공진 주파수를 가지는 공진자에서 벌크파 방사 주파수의 공진 주파수에 대한 비가 1.4 이상인, 복합 필터 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 필터를 구성하는 상기 공진자 전체에서 벌크파 방사 주파수의 공진 주파수에 대한 비가 1.4 이상인, 복합 필터 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 필터를 구성하는 상기 공진자 전체가 상기 압전 기판 상에 마련된 동일한 IDT 전극을 가지며,
    상기 IDT 전극이 복수개의 전극지(電極指)를 가지며, 전극지 피치로 정해지는 파장이 λ이고,
    상기 IDT 전극의 메인 전극 재료가 Pt, Au, W, Ir, Ta, Mo 및 Cu로 이루어지는 군에서 선택된 1종의 금속을 주성분으로 하는, 복합 필터 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 필터가 상기 IDT 전극을 덮도록 마련된 유전체막을 포함하는, 복합 필터 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 IDT 전극의 메인 전극 재료가 Pt이며, 상기 Pt로 이루어지는 전극층의 두께가 0.072λ 이상인, 복합 필터 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 IDT 전극의 메인 전극 재료가 Au이며, 상기 Au로 이루어지는 전극층의 두께가 0.072λ 이상인, 복합 필터 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 IDT 전극의 메인 전극 재료가 W이며, 상기 W로 이루어지는 전극층의 두께가 0.088λ 이상인, 복합 필터 장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 IDT 전극의 메인 전극 재료가 Ir이며, 상기 Ir로 이루어지는 전극층의 두께가 0.076λ 이상인, 복합 필터 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압전 기판이 3°~26° 회전 Y컷 X전파의 LiNbO3 기판인, 복합 필터 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 필터 및 상기 제2 필터에 추가로, 적어도 하나의 다른 필터가 상기 제1, 제2 필터와 공통 접속되고, 상기 제2 필터의 통과 대역이 모든 필터의 통과 대역 중에서 가장 고역(高域) 측에 위치하는, 복합 필터 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 필터 및 상기 제2 필터에 추가로, 적어도 1개의 다른 필터가 상기 제1, 제2 필터와 공통 접속되고, 상기 제1 필터의 통과 대역이 모든 필터의 통과 대역 중에서 가장 낮은, 복합 필터 장치.
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