KR970000559B1 - Saw(탄성표면파)필터 - Google Patents
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Description
제1도는 종래 SAW 필터의 등가회로도.
제2도는 제1도의 종래 SAW 필터의 특성 그래프.
제3도는 본 발명에 의한 SAW 필터의 회로도.
제4도는 공진기를 사용한 필터회로의 기본 구성의 개통도.
제5a~5c도는 1단자-쌍 SAW 공진기를 나타낸 도면.
제6도는 상기 1단자-쌍 SAW 공진기의 임피던스와 어드미턴스의 주파수 특성을 나타내는 도면.
제7도는 SAW 공진기의 이미턴스 특성과 이 SAW 공진기를 사용하는 제3도에 도시된 필터의 필터특성을 나타내는 도면.
제8a도와 8b도는 제1도에 도시된 종래의 SAW 필터의 특성을 나타낸 도면.
제9a, 9b는 인덕턴스가 공진기에 직렬 접속된 경우에 얻어진 효과를 나타낸 도면.
제10도는 n개의 1단자-쌍 공진기가 직렬 접속된 경우에 얻어진 효과를 나타낸 도면.
제11a, 11b도는 병렬 아암 공진기에 대한 개구길이 의존성을 나타낸 도면.
제12a, 12b도는 직렬 아암 공진기에 대한 개구길이 의존도를 나타낸 도면.
제13도는 본 발명의 제1실시예에 의한 SAW 필터의 회로도.
제14도는 제13도에 도시된 필터의 대역 특성을 나타낸 도면.
제15a, 15b도는 인덕턴스가 병렬 아암 공진기에 부가된 경우에 얻어진 효과를 나타낸 도면.
제16도는 제13도에 도시된 SAW 필터에서 리드(lid)를 제거한 상태의 구성의 평면도.
제17도는 제16도에 도시된 XⅦ-XⅦ선을 따라 취한 횡단면도.
제18도는 본 발명의 제2실시예에 의한 SAW의 도면.
제19도는 제18도에 도시된 필터의 대역 특성을 나타낸 도면.
제20a와 20b도는 병렬 아암 공진기의 개구 길이 대 직렬 아암 공진기의 개구 길이의 비율에 의한 효과를 나타낸 도면.
제21도는 본 발명의 제3실시예에 의한 SAW 필터의 도면.
제22도는 제21도의 필터의 대역 특성을 나타낸 도면.
제23도는 본 발명의 제4실시예에 의한 SAW 필터의 도면.
제24도는 제23도에 도시된 필터의 대역 특성을 나타낸 도면.
제25도는 본 발명의 제5실시예에 의한 SAW 필터의 회로도.
제26도는 제25도의 필터의 대역 특성을 나타낸 도면.
제27도는 본 발명의 제6실시예에 의한 SAW 필터의 회로도.
제28도는 제27도의 제1의 1단자-쌍 SAW 공진기를 나타낸 도면.
제29도는 제27도에 도시된 필터의 대역 특성을 나타낸 도면.
제30도는 리플(ripple)폭에 대한 반사기세팅 위치의 영향을 나타낸 도면.
제31도는 제27도의 SAW 필터에서 리드를 제거한 구성의 평면도.
제32도는 제27도에 도시된 제1의 1단자쌍 SAW 공진기의 변형을 나타낸 도면.
제33도는 제27도에 도시된 제1의 1단자쌍 SAW 공진기의 다른 변형을 나타낸 도면.
제34도는 본 발명의 제7실시예에 의한 SAW 필터의 회로도.
제35도는 전극의 막 두께와 리플 발생위치간의 관계를 나타낸 도면.
제36도는 병렬 아암 공진기의 반사기로부터 나오는 리플이 고주파 감쇠극(pole)내로 하강된 상태를 나타낸 도면.
제37a, 37b 및 37c도는 공진기형 필터의 통과 대역 특성에 대한 막두께 의존성을 나타낸 도면.
제38도는 삽입손실과 리플 발생위치에 대한 막두께 의존성에 관한 실험의 결과를 나타낸 도면.
제39도는 본 발명의 제8실시예에 의한 제1의 1단자-쌍 SAW 공진기를 나타낸 도면.
제40도는 제39도에 도시된 SAW 필터의 대역 특성을 나타낸 도면.
제41도는 본 발명의 제8실시예에서 사용된 제1의 1단자쌍 SAW 공진기의 변형을 나타낸 도면.
제42도는 제13도에 도시된 필터에 사용된 인덕터(inductor)를 실현하는 구성의 평면도.
제43도는 제13도에 도시된 필터에 사용된 인덕터를 실현하는, 다른 구성도.
제44도는 본 발명의 제11실시예에 의한 SAW 필터의 회로도.
제45도는 제44도에 도시된 SAW 필터의 사시도.
제46도는 상기 공진주파수가 반공진주파수보다 더 높은, SAW 공진기의 이미턴스 특성을 나타낸 도면.
제47a~47c도는, 상기 공진주파수와 반공진 주파수간의 차이가 영(0)으로부터 증가할 때 관찰된 래더(ladder)형 필터의 대역 특성의 변화를 나타낸 도면.
제48a도와 48b도는 상기 SAW 공진기의 특성을 측정하는 방법을 나타낸 도면.
제49도는 직렬아암과 병렬아암의 SAW 공진기의 어드미턴스와 이미턴스 특성을 나타낸 그래프.
제50도는 bx의 곱셈치(product)에 대한 주파수 의존성을 나타낸 도면.
제51도는 제44도에 도시된 회로의 일부를 L과 C로 나타낸 등가회로도.
제52도는 |bxmax|와 △f/frs간의 관계도.
제53도는 K2과 r간의 관계도.
제54도는 본 발명의 제12실시예에 의한 SAW 필터의 회로도.
제55도는 제54도에 도시된 SAW 필터의 사시도.
제56도는 제53도에 도시된 SAW 공진기의 필터 특성도.
제57도는 제64도의 필터의 출력측 어드미턴스가 감소될 때 얻어진 특성도.
제58a, 58b도는 단위구간의 회로도.
제59a, 59b 및 59c도는 단위구간의 다중접속을 나타낸 회로도.
제60도는 2개의 4-단자 회로와 그 사이의 인터페이스의 접속을 나타낸 도면.
제61a, 61b 및 61c도는 단위구간 접속방법을 나타낸 회로도.
제62도는 n의 단위구간이 캐스케이드되는 방법을 나타낸 도면.
제63a, 63b 및 63c도는 상기 단위구간을 사용하여 래더형 회로를 구성하는 방법을 나타낸 회로도.
제64도는 종래 SAW 필터의 회로도.
제65도는 본 발명의 제13실시예에 의한 SAW 필터의 회로도.
제66도는 본 발명의 제14실시예에 의한 SAW 필터의 회로도.
제67도는 본 발명의 제15실시예에 의한 SAW 필터의 도면.
제68도는 제67도의 SAW 필터의 사시도.
제69도는 제68도의 필터의 필터 특성도.
제70도는 상이한 공진주파수를 갖는 SAW 공진기가 병렬 아암과 직렬 아암내에 각각 설치된 래더형 필터의 낸 도면.
제71도는 병렬아암 공진기의 어드미턴스의 주파수특성과 직렬아암 공진기의 임피던스의 주파수 특성을 나타낸 도면.
제72도는 본 발명의 제16실시예에 의한 파(wave)필터의 회로도.
제73도는 제72도의 파 필터의 스미스 챠트도.
제74도는 본 발명의 제17실시예에 의한 파 필터의 회로도.
제75도는 제74도에 도시된 파 필터의 스미스 챠트도.
제76도는 본 발명의 제18실시에에 의한 파 필터의 회로도.
제77도는 제76도에 도시된 파 필터의 스미스 챠트도.
제78도는 본 발명의 제19실시예에 의한 파 필터의 회로도.
제79도는 제78도에 도시된 파 필터의 스미스 챠트도.
본 발명은 통상 탄성표면파(Surface Acoustic Wave;)필터에 관한 것이며, 더 구체적으로, 자동차 전화기세트와 휴대용 전화기등의 포켓용, 이동 전화기내에 설치되는 RF(무선 주파수)필터용으로 적합한 래더형 SAW필터에 관한 것이다.
일본에서는 자동차 전화기 또는 휴대용 전화기 시스템은, 송신주파수 대역이, 933.5MHz를 중심으로 하여 ±8.5MHz인 규격을 갖는 것이다.
상기 송신대역대 중심주파수의 비는 약 2%이다.
최근, 자동차 전화기 또는 휴대용 전화기 시스템에서 SAW 필터가 채용돼 왔다.
상기 SAW 필터는 상기 규격을 만족하는 특성을 갖어야 한다. 더 구체적으로, 상기 통과대역폭은 1) 통과대역 대 중심주파수의 비율이 2%이상, 2) 삽입손실이 5dB~2dB이하, 3) 억압도가 20dB~30dB이상이 되도록 넓어야 한다.
상기 요건을 만족시키기 위해서, 종래의 횡 필터대신 SAW 필터가 대체되었다.
통상 SAW 소자들은 공진기로 작용하는 래더형 필터가 형성되도록 접속돼 있다.
제1도는 일본 특개소 52-19044호 공보에 개시된 SAW 필터의 등가회로도이다.
제1도에 도시된 SAW 필터(1)는 직렬아암(2)내의 SAW 공진기(3)와, 병렬아암(4)내의 SAW 공진기(5)를 구비하고 있다. 병렬아암(4)의 공진기(5)의 등가병렬용량 COB는 직렬 아암(2)의 공진기(3)의 등가병렬용량 COA보다 더 크다.
제1도의 SAW 필터(1)의 특성이 제2도에 도시돼 있다. 곡선(6)은 SAW 필터(1)의 감쇠량 대 주파수 특성을 나타낸다.
제2도는 도시된 화살표(7)로 표시된 바와같이 등가병렬용량 COB가 증가함에 따라 억압도가 증가한다. 그러나, 상기 등가병렬용량 COB가 증가함에 따라 화살표(8)로 표시된 바와같이 밴드폭이 감소하고, 화살표(9)로 표시된 바와같이 삽입 손실이 증가한다. 따라서, 파선(10)으로 표시된 바와같이, 특성이 손상한다. 20dB 이상의 억압도를 얻기 위해서, 상기 대역 폭이 감소됨으로써, 상기 통과대역 대 중심주파수의 비율이 1% 이하로 되어, 상기 800MHz대역 무선 시스템의 상기 규격을 만족하지 못한다.
본 발명의 일반 목적은 상기 문제점들을 제거한 SAW 필터를 제공하는데 있다.
본 발명의 보다 구체적 목적은 큰 대역폭, 큰 억제팩터 및 작은 삽입손실을 갖는 SAW 필터를 제공하는데 있다.
본 발명의 상기 목적들은 1쌍의 단자와 소정의 공진주파수(frp)를 갖으며, SAW 필터의 별렬아암(24)내에 설치된, 제1SAW 공진기(21, R1A, R1B)와; 1쌍의 단자와, 상기 제1SAW 공진기의 소정의 반공진주파수(fap)와 거의 동등한 소정의 공진주파수(frs)를 갖으며, 상기 SAW 필터의 직렬아암(24)내에 설치된 제2 SAW 공진기 및 상기 제1 SAW 공진기에 직렬 접속된 인덕턴스소자(25,L1)를 구비한 것을 특징으로 하는 SAW 필터에 의해 달성된다.
본 발명의 기타 목적, 특장점들은 첨부도면을 참조한 하기의 상세한 설명으로부터 명백히 알 수 있을 것이다. 제3도는 본 발명에 의한 SAW 필터(20)의 오보후로우를 나타낸다.
상기 SAW 필터(20)는 1쌍의 단자를 갖는 제1 SAW 공진기(21), 병렬아암(22), 1쌍의 단자를 갖는 제2 SAW 공진기(23), 직렬아암(24) 및 인덕터(25)를 갖고 있다.
상기 병렬아암(22)에 접속된 제1공진기(21)는 소정의 공진주파수 frp를 갖는다. 직렬아암(24)에 접속된 제2 공진기(21)는 제1 공진기(21)의 반공진주파수 fap와 거의 동등한 소정의 공진주파수 frs를 갖는다.
상기 인덕터(25)는 상기 제1공진기(21)에 직렬 접속되어, 병렬아암(22)내에 설치돼 있다.
상기 SAW 필터(20)의 원리를 설명한다. 화상변수를 사용하면, 공진회로가 필터특성을 갖는가 여부를 도출하는데 편히하다. 화상변수들의 세부내용은 하기 문헌 : 「야나기사와 등의 Theory and Design of Filters, sanpo shuppan, Electronics Sensho, pp.192~pp. 203, 1974」에 기재돼 있다.
먼저, 필터 특성을 갖는 기본적 래더형 회로를 제4도를 참조하여 설명한다.
제4도에 도시된 2개의 흑색박스(30, 31)는 각각 SAW 공진기이다. 편의상, 상기 SAW 공진기(30, 31)은 각각 저항이 없는 리액턴스 회로이고, 직렬아암에 설치된 공진기(30)의 임피던스 Z는 jx와 동등하고, 병렬아암에 설치된 공진기(31)의 어드미턴스 Y는 jb와 동등하다.
상기 화상변수법에 의하면, 하기 식에서 정의된 화상 전달량 γ (gamma)(복소수)는 중요한 의미를 갖는다 :
식에서, V1과 I1은 입력전압과 입력전류를 각각 나타내며, V2와 I2는 출력전압과 출력 전류를 각각 나타낸다. 상기 식(1)은 하기와 같이 다시 쓸 수 있다 :
식 중, A, B, C, D는 제4도에 도시된 전체 회로를 나타낸 F매트릭스의 변수들이다.
식 (2)로 표현된 값이 허수이면, 제4도에 도시된 2단자쌍 회로가 통과대역 특성을 갖는다. 상기 값이 실수이면, 제4도에 도시된 회로가 감쇠특성을 갖는다.
상기 ABCD변수는 상기 x와 b를 사용하여 다시 쓸 수 있다 :
A=1
B=jx
C=jb
D=1-bx (3)
여기서, 상기 ABCD변수를 사용하여 식 (2)로부터 하기 식 (4)를 얻을 수 있다 :
0bx1이면, 즉, b와 x가 동부호이고 값이 작으면, 제4도의 전체회로가 통과대역 특성을 갖는다. bx0 또는 bx1이면, 즉, b와 x가 상이한 부호를 갖거나 또는 bx의 곱셈치가 큰 값이면, 제4도의 회로가 감쇠특성을 갖는다. b와 x의 주파수 특성을 이해하기 위해서, 상기 SAW 공진기의 임피던스와 어드미턴스는 고려치 않는다.
제5a도에 도시되 바와같이, 1쌍의 단자를 갖는 SAW 공진기는 인터디지탈 전극(40)(참조 Nikkel Electronics, November29, pp. 76~pp. 98, 1976)을 포함하며, 참조번호(41)는 1쌍의 전극을 나타내고, (42)는 개구길이(횡단폭), (43)은 인터디지탈 전극기간을 나타낸다.
상기 인터디지탈 전극(40)의 저항을 무시하면, 제5a도의 SAW 공진기는 제5b도의 등가회로(45)를 갖으며, 여기서, C0는 상기 인터디지탈 전극(40)의 정전용량을 나타내고, C1과 L1은 동등상수를 나타낸다. 하기에서, 상기 등가회로(45)는 제5c도에 도시된 부호(46)로 기재한다.
제6도는 제5b도의 등가회로의 임피던스 대 주파수 특성(A )를 질적으로 나타낸다. 제6도의 (a)와 (b)에 도시된 특성은 2의 공진주파수 fr과 fa가 존재하는 2중 공진 특성을 나타낸다. 결정을 갖는 공진기는 2중 공진특성을 갖음을 주의해야 한다.
각각 2중 공진특성을 갖는 공진기들이 직렬아암과 병렬아암내에 각각 배열돼 있고, 병렬아암의 반공진주파수 fap는 직렬아암의 공진주파수 frs와 거의 동등하게 돼 있는 경우에는, 중심주파수 fap와 frs를 갖는 대역통과형 필터를 갖는 회로를 구성할 수 있다.
그 이유는 제7도(a)에 도시된 이미턴스 대 주파수 특성에 도시된 바와같이 부등식 0bx1은 중심주파수 fap frs주변의 주파수 범위에서 만족되고, 상기 주파수 범위가 통과대역인 한편, 부등식 bx0은 상기 중심주파수로부터 상당히 이격된 주파수 범위에서 만족되며, 이들 두 주파수 범위가 감쇠대역으로서 기능하기 때문이다.
따라서, 제4도에 도시된 SAW 필터는 제7도의 (b)에 도시된 질적 필터특성(47)을 갖는다. 제7도에 도시된 바와같이, 상기 대역폭은 상기 2공진기 각각의 공진주파수 fr과 반공진 주파수 fa간의 차이가 주로 의존한다.
상기 대역폭은 상기 차이가 증가함에 따라 증가하는 한편, 그 차이가 감소함에 따라 감소한다.
상기 공진주파수 fr과 반공진주파수 fa는 하기식을 사용하고, 제5b도에 도시된 등가회로 상수를 사용하여 구할 수 있다 :
식 중, τ는 용량비이다.
통과대역 대 중심주파수의 비(△f/f0)는 fr과 fa간의 차이에 주로 의존하며, 따라서 식 (6)과 (7)을 사용하여, 하기식으로 나타낼 수 있다 :
식(8)로부터, 용량비 τ가 상기 통과대역 대 중심주파수의 비를 결정하는 중요인자임을 알 수 있다.
그러나, 일본 특개소52-19044호 공보에 기재된 바와같이, 상기 용량비는 인터디지탈 전극용으로 사용된 기판체의 종류에 크게 의존한다.
예를 들어, 작은 전기기계 결합게수를 갖는 ST-커트(cut) 결정은 1300 이상의 용량비 τ를 갖는 한편, 큰 전기기계 결합 계수를 갖는 36-커트 X전파 LiTaO3기판은 대략 15의 용량비 τ를 갖고 있다.
상기 통과대역 대 중심주파수의 비는 ST커트의 결정의 경우 0.04%이고, 36°Y 커트 X-전파 LiTaO3기판의 경우 3.3%이다.
따라서, 대역폭은 기판 재료에 크게 의존한다.
일본 특개소 52-19044호 공보에 의하면, 대역외 억압도를 개량키 위해서 등가병렬용량 COB가 증가함에 따라서 상기 대역폭이 감소된다.
상기 현상을 제8a, 8b도를 참조하여 설명한다.
본 발명의 원리의 상기 설명으로부터, 상기 병렬 공진기의 fr과 fa가 일정히 유지되는 동안 어드미턴스 값이 증가하므로, 제8a도에 도시된 바와같이, bx의 곱셈치는 음부호갖고, 증가한다.
그러나, bx곱셈치는 중심주파수 근방에서 증가하여, 따라서 bx1의 범위가 증가한다. 따라서, 0bx1이 성립하는 통과대역이 좁아지므로, 충분한 통과대역을 얻을 수 없다. 이 현상은 제8b도에 도시된 화살표로 표시돼있다.
상기 문제점을 제거하기 위해서 하기 2조건을 만족시켜야 한다. 그 제1조건은 직렬 및 병렬아암내에 설치된 공진주파수들 중 적어도 하나의 공진주파수 fr과 반공진주파수 fa간의 차이를 증가시킬 것이다.
제2조건은 상기 공진기들 중 하나의 임피던스 또는 어드미턴스 중 하나를 증가시키는 것이다.
상기 임피던스 또는 어드미턴스가 증가함에 따라, 대역의 감쇠량이 증가한다.
상기 2조건이 충족되면, 통과대역이 개량되거나 또는 협소화가 방지되는 한편 대역의 감쇠량이 향상될 수 있다.
상기 제1조건을 고려해 보면, fr과 fa의 차를 증가시키기 위해서 1쌍의 단자를 갖는 SAW 공진기에 직렬 접속된 인덕터 L를 제공하는데 효과적이다. 제9a도와 9b도는 각각, 8nH의 인덕턴스를 갖는 인덕터가 공진기에 접속된 SAW 필터의 임피던스 대 주파수특성과, 어드미턴스 대 주파수특성을 나타낸다. 이 특성들을 얻기 위해 사용된 SAW 공진기의 등가회로의 변수들이 제9a, 9b도에 도시돼 있다.
제9a도는 인덕터 L이 공진기에 접속되기 전에 얻어진 임피던스 특성곡선(50)과, 상기 인덕터가 접속된 후에 얻어진 임피던스 특성곡선(51)을 나타낸다. 제9b도는 인덕터 L이 공진기에 접속되기전에 얻어진 어드미턴스 특성곡선(52)과, 인덕터 L이 접속된 후에 얻어진 어드미턴스 특성곡선(53)을 나타낸다.
제9a도로부터, 인덕턴스 L은 공진주파수 fr과 반공진주파수 fa간의 간격을 증가시킴을 알 수 있다.
제9a도의 그래프에서, 상기 간격은 약 30MHz 증가된다. 그 이유는 제9a도에 도시된 바와 같이, 인덕턴스 L이 원래 공진기의 임피던스 특성곡선 플러스축 상방으로 WL만큼 쉬프트되므로, 상기 공진주파수 fr이 fr'로 변한다.
이 경우, 상기 반공진주파수 fa는 변이가 거의 없다.
상기 임피던스의 역수인 어드미턴스는 제9b도에 도시된 바와같이 변한다.
이 경우, 공진주파수 fr이 fr'로 변한다.
상기 제2조건을 고려해보면, 제9b도에 도시된 바와 같이, 어드미턴스 값이 상기 인덕턴스 L로 인해서 증가한다. 그러나 제9a도에 도시된 바와같이, 임피던스 값은 통과대역의 주파수외측에서 감소된다.
따라서, 상기 인덕턴스 L이 상기 직렬아암에 설치된 공진기에 부가되는 경우, 임피던스 값을 증가시키기 위한 부가적 수단의 설치가 필요하다. 상기 부가수단은 예를 들면, 복수의 동일한 SAW 공진기가 서로 직렬접속(캐스케이드)된 구성체이다.
제10도는, 각각 1쌍의 단자를 갖는 동일한 SAW 공진기들이 캐스케이드 돼 있는 공진구성체의 임피던스 특성 곡선(56)을 나타낸다. 제10도에 도시된 바와같이, n개의 캐스케이드된 공진기를 갖는 공진구성체의 임피던스 값은 단일 공진기의 값의 n배이다. 인덕터 L이 접속된 공진기의 공진주파수는 fr이다.
즉, 인덕터 L이 접속된 공진구성체의 fr와 fa간의 차는 인덕터 L이 접속된 단일 공진기의 fr'과 fr간의 차보다 약간 작다. 그러나, 인덕터 L이 접속된 공진구성체의 fr과 fa간의 차이는 인덕터 L이 없는 경우의 것보다 더 크다.
더 큰 인덕턴스 L를 사용하여, 공진주파수와 반공진주파수간의 차이를 더 증가시킬 수 있다.
상기 대역폭을 증가시키기 위해서, 상기 병렬아암 공진기의 반공진주파수 fap직렬아암 공진기의 공진주파수 frs를 frsfap되로록 선택할 수 있다.
이 경우, 중심주파수 주변에서 bx0이 성립하므로, 상기 통과대역 조건이 충족되지 않는다. 따라서, 삽입손실과 리플이 증가할 가능성이 있다. 그러나, △f=frs-fap를 제어함으로써, 삽입손실의 증가를 실질적으로 억압하고, 상기 통과대역의 증가를 확대할 수 있다.
본 발명의 실시예를 설명한다.
실시예들의 설명은 시뮬레이션에 의한 것이다.
따라서, 이 시뮬레이션을 먼저 설명하고, 시뮬레이션의 유효성을 입증키 위해서 실험결과와 시뮬레이션의 비교결과를 설명한다.
제5b도에 도시된 등가회로는 1쌍의 단자를 갖는 SAW 공진기의 특성을 용이하게 시뮬레이트하는 한편, 상기 등가회로는 휭거쌍의 수의 변화, 개구길이, 전극두께 및 반사기의 효과를 고정확도로 시뮬레이트 하기에 적합치 않다.
상기 사실들을 고려하여, 본 발명자 등은 스미스 등가회로를 사용하고, 전달 매트릭스를 확장하여 상기 SAW 공진기를 분석하는 개량된 시뮬레이션을 제안한바 있다.
(참조 : O. 이까다 등, 1990 ULTRASONIC SYMPOSIUM Proceedings, vol, 1. pp. 83~pp. 86, 1990, 그 내용을 여기에 참고로 제시한다)
제11a도는 1쌍의 단자를 갖는 SAW 공진기가 병렬아암내에 설치된 구성에 대한 시뮬레이숀(연산)의 결과를 나타낸 그래프이다.
제11b도는 A-2%Cu로 구성되고 막두께 1600A의 인터디지탈 전극을 구비한 1단자쌍 SAW 공진기가 병렬아암에 설치돼 있고 길이 3mm의 본딩와이어(L=1.5nH)가 상기 인터디지탈 전극에 접속된 구성에 관한 실험의 결과를 나타낸 그래프이다. 제11a도와 11b도로부터, 상기 산출치들은 공진점(fr1, fr2, fr3)에서의 변이와, 상이한 개구길이(a=60, 150, 300㎛)에 대한 공진점근방에서 관찰된 감쇠량에 관해서, 실험치들과 일치함을 알 수 있다.
제12a도는 1쌍의 단자를 갖는 SAW 공진기가 직렬아암내에 설치된 구성에 대한 시뮬레이션의 결과를 나타낸 그래프이다.
후술하는 실험에서 사용되는 본딩패드는 약간 큰 것이었고, 본딩패드의 부유용량 0.5nF를 고려하여 시뮬레이션을 행하였다.
제12b도는 1쌍의 단자를 갖는 SAW 공진기가 직렬아암내에 설치된 구성에 대한 실험의 결과를 나타낸 그래프이다. 제12a, 12b도로부터 반공진주파수 fr1, fr2및 fr3가 상기 개구길이에 의존하지 않으며, 상기 시뮬레이션 결과가 상기 공진주파수 근방의 감쇠량의 변화에 관한 실험결과와 일치하는 것을 알 수 있다.
따라서, 상기 사실로부터, 병렬 및 직렬아암에 설치된 공진기의 조합을 갖는 필터의 시뮬레이션의 결과가 상기 실험 결과와 일치됨이 명백하나, 하기 실시예들은 상기 시뮬레이션결과에 의한 것이다.
제13도는 본 발명의 제1실시예에 의한 SAW 필터(60)이다. 일본에서는, 자동차용 및 휴대용 전화기 시스템의 규격이 933.5MHz 중심주파수로하여 ±8.5mhz 범위가 이동식 전화기용 송신대역이고, 933.5MHz로부터 -55MHz 이격된 878.5MHz를 중심주파수 ±8.5MHz 범위가 수신대역으로 돼 있다.
제13도에 도시된 바와같이, 2개의 1단자쌍 SAW 공진기 R2와 4가 직렬아암(61)내에 배치돼 있고, 3개의 1단자쌍 SAW 공진기 R1, R3 및 R5는 병렬아암(62, 63, 64)내에 각각 배치돼 있다.
인덕터 L1, L2, L3는 병렬아암(62, 63, 64)에 설치돼 있고, 공진기 R1, R2, R3 및 R5에 각각 직렬 접속돼 있다.
상기 공진기 R1~R5 각각은 제5a도에 도시된 인터디지탈 전극을 갖고 있다.
휭거쌍의 수는 100이고, 그 개구길이는 800㎛이다. 상기 전극들은 A-2%Cu로 돼 있고 두께는 3000Å이다.
병렬아암(62, 63, 64)에 각각 설치된 공진기 R1, R3, R5의 공진주파수는 912MHz이고, 그 반공진주파수는 934MHz이다.
상기 직렬아암(61)내에 각각 설치된 공진기 R2, R4의 공진주파수는 934MHz이고, 그의 반공진주파수는 962MHz이다.
인덕터 L1, L2, L3의 인덕턴스 L은 4nH이다.
상기 구조를 갖는 SAW 필터(60)는 제14도에 도시된 곡선(65)로 표시된 대역 특성을 갖고 있다. 상기 인덕턴스 L이 2nH와 6nH일 때, 제14도에 도시된 특성곡선(66)과 (67)이 각각 얻어진다.
제15a도에 도시된 곡선(70)은 제14도의 그래프에 의해서 얻어진 대역폭에 대한 인덕턴스 의존성을 나타낸다.
상기 대역폭은 상기 삽입손실이 최소치보다 3dB 더 큰 곡선상의 위치간의 주파수폭으로서 정의된다.
제15b도에 도시된 곡선(71)은 제14도의 그래프에 의해서 얻어진 인덕턴스에 대한 대역외 억압도를 나타낸다.
제14도로부터, 인덕턴스 L이 너무 큰 경우에 중심주파수보다 55MHz 더 낮은 주파수에서는 충분한 억압도가 얻어지지 않음을 알 수 있다.
이를 고려해서, 4nH의 인덕턴스 L가 선택된다. 상기 인덕턴스 L의 값은 필터의 규격에 따라서 적합하게 선택된다.
제14도의 곡선(68)은 제13도에서 L1=L2=L3인 구성의 대역 특성을 나타낸다.
제1실시예의 대역특성(곡선 65)과 종래의 필터의 대역 특성(곡선 68)의 비교로부터, 제1실시예에 의한 필터(60)는 큰 통과대역폭(화살표 75), 큰 대역외 억압도(화살표 76) 및 낮은 삽입손실(화살표 77)을 갖음을 알 수 있다.
제16도와 17도는 제13도에 도시된 SAW 필터(60)와 같이 기능하는 SAW 필터 장치(80)를 나타낸다. SAW 필터 장치(80)는 세라믹 패키지(81), 필터칩(82) 및 접지로 기능하는 리드(83)를 구비하고 있다.
상기 세라믹 패키지(81)는 알루미나 세라믹스로 구성돼 있고, 5.5mm(길이)×4mm(폭)×1.5mm(높이)의 칫수를 갖고 있다.
Au로 된 전극단자들(84-1~84-6)이 세라믹 패키지(81)상에 형성돼 있다.
필터칩(82)은 LiTaO3로 돼 있고, 2mm(길이)×1.55mm(폭)×0.5mm(두께)의 칫수를 갖고 있다.
공진기 R1~R5는 A-2%Cu로 된 인터디지탈 전극을 갖고 있고, 그 휭거쌍의 수는 100, 개구길이는 80㎛, 막두께는 3000Å이다.
또한, 접속을 위한 2개의 신호선 단자(85-1,85-2)와, 접속을 위한 3개의 접지단자(85-3,85-4,85-5)가 상기 필터칩(82)의 표면상에 형성돼 있다. 참조변호(86-1,86-5)는 A또는 Au로된 본딩와이어를 나타낸다. 상기 본딩와이어(86-1~86-5)는 각각 25㎛의 직경을 갖으며, 단자(84-1~84-5)와 단자(85-1~85-5)를 접속시키고 있다.
본딩와이어(86-1, 86-2)는 각각 직렬아암(61a, 61b)의 부분을 구성하고 있다.
와이어(86-3)는 상기 접지전극단자(84-3)와 (85-3)간에 접속돼 있고, 와이어(86-4)는 상기 접지전극단자들 (84-4, 85-4)간에 접속돼 있다. 와이어(86-5)는 접지전극단자들(84-5, 85-5)간에 접속돼 있다.
와이어(86-3~86-5)는 길고, 예를 들어 2.0mm정도이다.
고주파이론에 의하면, 미세하고 긴 와이어는 인덕턴스 성분을 갖는다. 공간내에 설치된 리본 인덕터의 이론식(구라이식, Exercise Microwave circuit, Tokyo Denki Daigaku Shuppan-Kyoku, pp. 199)에 의하면, 와이어(86-3, 86-4, 86-5)의 인덕턴스는 거의 1nH이다.
와이어만으로써 4nH의 인덕턴스를 얻기에 불충분하다. 후술하는 바와같이, 상기 세라믹 패키지(81)와 필터칩(82)상에 인덕터가 형성돼 있다.
본 발명의 제2실시예에 의한 SAW 필터를 설명한다. 제18도는 본 발명의 제2실시예에 의한 SAW 필터(90)를 나타낸다.
제18도에서는 전술한 도면에 도시된 부분들과 동일한 부분들은 동일 참조번호가 부여돼 있다. 상기 직렬아암(61)내의 공진기 R2는 80㎛의 개구길이 As를 갖고 있다.
서로 직렬로 접속된 공진기 R1A와 인덕터 L1이 병렬아암(62)내에 설치돼 있다.
상기 공진기 R1A는 120㎛의 개구길이 Ap를 갖고 있다. 상기 개구길이 Ap는 상기 개구길이 As의 1.5배이다. 상기 공진기 R2와 R1A의 휭거쌍의 수 Np와 Ns는 100이다.
제19도에 도시된 필터(90)는, 제19도에 도시된 곡선(91)에 의해 나타낸 대역특성을 갖고 있다. 곡선(91)과 필터(60)의 특성곡선(65)의 비교로부터, 필터(90)가 통과대역폭의 변화없이 개량된 대역외 억압도를 갖음을 알 수 있다.
제20a도와 20b도는, 제18도에 도시된 필터에서 개구길이에 대한 대역특성 의존성을 나타낸다. 보다 구체적으로는, 제20a도는 상기 공진기에 접속된 4nH의 인덕턴스 L을 갖는 개구길이에 대한 의존성을 나타내는 곡선(92)과, 인덕턴스를 갖지 않는 개구길이에 대한 의존성을 나타내는 곡선(93)을 나타낸다. 제20a도의 횡축은 Ap/As비를 나타내벼, 그 종축은 대역외 억압도 (dB)를 나타낸다.
제20b도는 통과대역폭 대 Ap/As특성비를 나타낸다. 곡선(95)는 공진기에 접속된 4nH의 인덕턴스 L에 대한 의존성을 나타내며, 곡선(96)은 인덕턴스가 없는 인덕턴스에 대한 의존성을 나타낸 것이다.
다음은, 제20a도와 20b도를 참조하여, 설명한다. 먼저, 상기 대역외 억압도는 병렬아암(62)내의 공진기 R1A의 개구길이 Ap를 직렬아암(61)내의 공진기 R2의 개구길이 As보다 더 크게 하면, 증가한다.
둘째로 상기 공진기 R1A의 개구길이 Ap의 효과는 인덕턴스 L1을 상기 병렬아암(62)내에 설치함으로써 통과대역폭의 손상없이 증가한다. 상기 사실로부터 상기 필터(90)는 필터(60)에 비해서, 향상된 대역외 억압도를 갖는 한편, 그 통과대역폭이 좁아지지 않음을 알 수 있다.
본 발명의 제3실시예를 제21도를 참조하여 설명하며, 상기한 바의 도면들에 도시된 부분들과 동일한 부분들은 동일 참조번호가 부여돼 있다.
제21도에 도시된 SAW 필터(100)는 병렬아암(62)내에 설치된 공진기 R1B와, 직렬아암(62)내에 설치된 공진기 R2를 구비하고 있다.
상기 공진기 R2의 휭거쌍의 수 Ns는 100이다. 인덕터 L1이 공진기 R1B에 직렬로 접속돼 있다. 상기 공진기 R1B의 휭거쌍의 수 Np는 150이고, 상기 휭거쌍의 수 Ns의 1.5배이다. 상기 공진기 R2와 R1A의 개구길이 As와 Ap는 80㎛이다.
제21도에 도시된 필터(100)는 제22도에 도시된 곡선(101)로 나타낸, 대역특성을 갖고 있다.
상기 필터(60)의 특성곡선(65)과 상기 필터(100)의 특성곡선(101)의 비교로부터, 상기 필터(100)는 통과대역폭의 감소없이 화살표(102)로 표시된 개량된 대역외 억압도를 갖음을 알 수 있다. 필터(90)의 대역 특성곡선(91)과 특성곡선(101)의 비교로부터, 상기 필터(100)의 삽입손실이 필터(90)의 것보다 더 작음을 알 수 있다. 따라서, 상기 필터(100)는 개량된 대역외 억압도를 갖는 한펴, 통과대역폭이 감소되며, 필터(90)의 것보다 더 작은 삽입손실을 갖는다.
본 발명의 제4실시예를 제23도를 참조하여 설명하며, 상기의 도면들의 부분들과 동일한 부분들은 동일참조번호가 부여돼 있다.
제4실시예에 의한 필터(110)는 직렬아암내의 공진기의 공진주파수 fr과 반공진주파수 fa간의 차를 증가시켜, 대역 특성을 개량하기 위한 것이다.
2개의 동일한 공진기 R2가 직렬아암(61)내에 설치돼 있고, 2개의 동일한 공진기 R4가 그 내부에 설치돼 있다. 3nH의 인덕턴스를 갖는 인덕터LS가 상기 공진기 R2에 직렬 접속돼 있고, 3nH의 인덕턴스를 갖는 다른 인덕터 LS가 상기 공진기 R4에 직렬 접속돼 있다. 공진기 R1, R3, R5는 병렬아암(62, 63, 64)내에 각각 설치돼 있다.
필터(110)는 제24도에 도시된 곡선(111)로 표시된 대역 특성을 갖는다.
하나의 인덕터 Ls와 2개의 공진기 R2와 R4를 부가함으로써 얻어지는 효과를 설명한다.
하나의 인덕터 LS와 2개의 공진기 R2와 R4를 상기 필터(110)로부터 생략하면, 나머지 회로구성은 5개의 공진기 R1, R2, R3, R4, R5로써 구성된다. 이 회로구성의 대역특성이 곡선(68)으로 나타나 있다.(제14도 참조)
하나의 인덕터 Ls를 부가함으로써, 화살표(112)로 표시된 바와 같이 통과대역폭이 증가되며, 화살표(113)로 표시된 바와 같이, 대역되 업압도가 증가한다.
특히, 상기 통과대역폭은 중심 주파수보다 더 높은 주파수에서 크며, 약 15MHz 증가된다. 종래의 필터(1)에 부가된 인덕터 Ls를 구비한 대역특성이 곡선(114)로 표시돼 있다.
이 경우, 충분한 대역외 억압도가 얻어지지 않는다. 따라서, 인덕터 Ls가 부가된 종래의 필터(1)에 2개의 공진기 R2와 R4가 더 부가돼 있다.
화살표(115)로 표시된 바와같이, 대역외억압도가 대역특성의 저하없이 약 5dB만큼 개량되며, 대역특성곡선(111)을 얻을 수 있다.
상기 곡선(111, 68)의 비교로부터, 화살표(116)로 표시된 바와같이 삽입손실이 또한 개량된다.
2개 이상의 공진기 R3와 2개 이상의 공진기 R4를 사용할 수 있다. 또한, 제23도의 2점 쇄선으로 도시된 바와같이, 병렬아암(62~64)에 인덕터를 설치할 수 있다.
본 발명의 제5실시예를 제25도를 참조하여 설명하며, 상기의 도면들에 도시된 부분들과 동일한 부분들은 동일 참조부호가 부가돼 있다. 제25도에 도시된 SAW 필터(120)은 5개의 공진기 R1~R5와, 3개의 인덕터 L1~L3를 구비하고 있다. 상기 병렬아암(62)내의 인덕터 L1은 4nH의 인덕턴스LP1을 갖고, 병렬아암(63)내의 인덕터 L2는 5.5nH의 인덕턴스 LP2를 갖고 있다. 또한, 상기 병렬아암(64)내의 인덕터 L3는 7nH의 인덕턴스 LP3를 갖고 있다.
상기 인덕터 L1, L2, L3가 상이한 인덕턴스 값을 갖게 함으로써, 필터(120)가 제26도에 도시된 곡선(121)로 표시된 대역특성을 갖고 있다. 이 특성곡선(121)과, 모든 인덕턴스값이 서로 동일한 제13도의 필터(60)의 특성곡선(65)(제14도)을 비교한다.
이로부터, 상기 필터(120)가 필터(60)에 비하여, 통과대역폭의 감소없이, 개량된 대역외 특성을 갖음을 알 수 있다.
상기 특성곡선(65)은 주파수 902MHz주위에 배치된 감쇠극(123)을 갖고 있는 한편, 특성 곡선(121)은 875MHz와 892MHz 주위에 각각 배치된 2개의 감쇠극(124, 125)을 갖고 있다. 상기 극들 (124, 125)간의 주파수 대역이 차폐범위(127)로서 기능한다.
본 발명의 제6실시예를 제27도를 참조하여 설명하여, 상기의 도면들에 도시된 부분들과 동일한 부분들은 동일 참조부호가 부가돼 있다. 재27도에 도시된 SAW필터(130)는 직렬아암(61)내에 설치된 2개의 SAW공진기 R2 및 R4와, 병렬아암(62, 63, 64)내에 각각 설치된 3개의 SAW 공진기 R1B, R3B 및 R5B를 구비하고 있다.
제28도에 도시된 바와 같이, 상기 공진기 R1B는 전극(131)의 양측상에 각각 배치된 여기화 인터디지탈 전극(131)과, 반사기(132)를 갖고 있다.
반사기 (132, 133)는 β=0.4가 되게 위치돼 있으며 여기서 β는 하기식으로부터 구해진다:
d=(n+β)·λ
식 중, d는 전극(131)의 중심과 각 반사기(132, 133)간의 거리이고, n은 임의의 정수, β는 1이하의 실수, λ는 공진주파수에 대응하는 상기 인터디지탈 전극의 주기이다.
각 반사기(132, 133)의 휭거쌍의 수는 50이다.
상기 반사기들을 각각 구비한 공진기들은 제27도에서 기호 *로 표시돼 있다.
상기 병렬아암(63, 64)내에 각각 배치된 공진기 R3B와 R5B가 각각 상기 공진기 R1B와 동일한 태양으로 2개의 반사기를 갖고 있다.
제27도에 도시된 필터(130)는 제29도에 도시된 곡선(134)으로 표시된 대역특성을 갖고 있다.
상기 필터(60)의 특성곡선(65)(제13도)에 비하면, 상기 필터(130)내에서의 삽입손실이 화살표(135)로 표시된 바와같이 향상된다.
상기 반사기(132, 133)의 구성체로부터 리플 rP이 발생한다.
상기 반사기(132, 133)를 상기와 같은 태양으로 설치한 이유를 설명한다.
β가 0에서 0.5로 변할 때 관찰된 리플 rP의 영향이 제30도에 도시된 곡선(140)으로 나타나 있다. β가 0.4인 위치(141)에서 얻을 수 있는 최소 리플폭은 0.4이다.
제31도는 제27도에 도시된 필터(130)로서 기능하는 SAW 필터 장치(150)를 나타낸다.
제31도에서, 상기 도면들에서의 부분들과 동일한 부분들은 동일한 참조부호가 부기돼 있다. 필터장치(150)는 반사기들(132, 133, 151, 152, 153, 154)을 구비하고 있다.
1단자쌍 SAW 공진기 R1B, R3B, R5B의 변형을 설명한다.
제32도는 상기 여기화 인터디지탈 전극(131)의 양측상에 각각 설치된 인터디지탈 전극(160, 161)을 구비한 제1변형 R1Ba를 나타낸다. 반사기로서 기능하는, 인터디지탈 전극(160, 161) 각각은 그의 전기부하가 단락 회로형인 전극이다.
제33도는 전극(131)의 양측상에 각각 설치된 스트리프 어레이(strip array)형 전극(167, 166)을 구비하고 있는 제2변형 R1B6를 나타낸다.
본 발명의 제7실시에를 제34도를 참조하여 설명하며, 상기 도면들에 도시된 부분들과 동일한 부분들은 동일 참조부호가 부가돼 있다.
제34도에 도시된 SAW 필터(170)는 직렬아암(61)내에 각각 설치된 2개의 SAW 공진기 R2와 2개의 공진기 R4와, 병렬아암(62, 63, 64)내에 각각 설치된 3개의 SAW 공진기 R1B, R3B, R5B를 구비하고 있다.
제34도에 도시된 바와 같이, 2개의 인덕터 Ls가 직렬아암(61)내에 설치돼 있다.
제23도의 공진기 R1, R3, R5를, 제28도의 공진기 R1B, R3B, R5B로써 대체함으로써 필터(170)가 얻어진다. 상기 설명한 바와같이, 제28도의 반사기(132, 133)는 β=0.4의 조건을 만족하도록 배치돼 있다.
필터(170)는 제23도의 필터(11)보다 더 작은 통과대역의 손실과, 억압된 리플을 갖고 있다. 본 발명의 제8실시예를 설명한다.
이것은 제29도에 도시된 리플 rP를 제거하기 위한 것이다. 먼저, 반사기들로부터 발생하는 리풀 rP를 효과적으로 제거하기 위한 수단을 설명한다.
본 발명자들은 리플 rP가 관찰되는 주파수와 전극두께간의 관계를 시뮬레이트 했다.
이 시뮬레이션에서, 전극의 막두께의 증가로부터 얻어지는 효과는 상기 전극하에서 얻어진 음향 임피던스(Zm)와 자유 표면의 음향 임피던스(Zo)의 비율을 증가시킴으로써 대체된다. 상기 이까다의 문헌에 기재된 바와같이, 전극 두께의 증가로 인해서 그 중량이 증가된다. 따라서, 전극 두께의 증가는 상기 음향 임피던스의 불연속량의 증가에 비례한다.
상기 사실을 고려하여, 하기 식을 얻었다:
Q=Zo/Zm=Vo/Vm=1+K2/2+α(t) (9)
상기 식중 V0와 Vm은 상기 자유표면상과 상기 전극하부의 음속을 각각 나타내며, K2은 전기기계 결합계수이고, t는 상기 전극의 막두께이다. α(t)는 상기 막두께 t에 비례하는 변수로서 변경됐다.
상기 식 (9)로부터, 상기 필터의 중심주파수 fo는 하기와 같이 재정리 될 수 있다:
f0=2f0'/(1+Q) (10)
상기 식(10)은 잘 알려진 실험결과와 일치하며, 이 결과에서는 상기 막두께가 증가함에 따라서, 상기 음향 임피던스의 불연속이 없는 경우에 얻어진 중심주파수 f0'로부터 상기 중심주파수가 감소된다. 상기 시뮬레이션의 결과는 α(t)가 증가함에 따라서, 즉, 막두께가 증가함에 따라서, 리플 rp가 나타내는 주파수 위치가 제35도에 도시된 화살표(180)로 표시된 바와같이, 통과대역의 고주파대 측으로 쉬프트하며, 결국은, 상기 통과대역의 고주파측상의 감쇠극내로 들어감을 나타낸다.
제35도에 도시된 리플 rs는 직렬아암내에 설치된 공진기의 반사기들에 의해 야기됨을 주목해야 한다.
제36도는, α(t)=0.08 및 β-0인 경우에 얻어진 주파수 특성대 감쇠량을 나타낸다.
병렬아암내의 공진기의 반사들로부터 발생된 리플은 상기 통과대역의 고주파측상의 감쇠극내에 위치된다. 즉, 상기 통과대역내에 리플이 없다. 또한, 제36도의 그래프는 상기 삽입손실이 매우 적다.
제36도에서 상기 병렬아암과 직렬아암내의 공진기들의 공진주파수는 통과대역의 중심주파수가 상기 식(10)에 의해서 감소하기 때문에, 932MHz의 중심주파수를 얻기 위해서는 원래 주파수 위치보다 15MHz높은 주파수 위치에 배치되도록 보정된다.
본 발명자들은 칩을 제조하고 그의 대역 특성을 측정하여, 실제 막두께와의 관계를 연구했다.
제37a, 37b 및 37c도는 막두께 2000Å, 3000Å, 4000Å에 대한 대역특성곡선(185), (186), (187)을 각각 나타낸다.
실제로는 상기 중심주파수는 상기 막두께를 변경함으로써 변경된다. 제37a, 37b 및 37c도의 그래프는 상기 인터디지탈 전극의 주기를 변경함으로써 보정된 것이다.
상기 병렬아암들내의 공진기들로부터 얻어진 리플 rP가 막두께 2000Å의 특성곡선(185)상에 중첩돼 있다. 막두께가 증가함에 따라서 리플 rP가 더 높은 주파수쪽으로 쉬프트된다. 제37a, 37b, 37c도에 도시된 실험결과들은 상기 시뮬레이션의 결과와 일치된다.
그러나, 시뮬레이션에 의해서 산출할 수 없는 벌크(bulk)파로부터 나타나는 삽입손실과 저항손실이 막두께 증가에 따라서 나타난다. (에바타등, SURFACE ACOUSTIC WAVE RESONATOR ON LiTaO3SUBSTRATE AND ITS APPLICATION TO OSCI LLATORS FOR USE IN VTR, Journal of the Institute of Electronics and Communication Engineers of japan, Vol. J 66-C, No. 1, pp. 23~pp. 30, 1988), 또한, 상기 삽입손실과 상기 저항손실간의 상호관계가 또한, 매우 중요한 인자이다.
제38-(a)도는 상기 벌크파로부터 발생된 삽입손실의 곡선(190)과, 저항 손실곡선(191)을 나타낸다. 곡선(192)은 실험적 특성곡선을 나타낸다. 상기 삽입손실은 막두께가 2500Å인 경우의 저항손실과 거의 동등하다. 따라서, 삽입손실로부터 주로 발생되는 전체손실은 막두께가 대략 3500Å일 때 증가되기 시작한다.
제38도의 (b)에 도시된 곡선(193)은 제28도에 도시된 반사기(132, 133)와, 여기화 전극(131)의 동일 막두께의 기능으로서 리플 rp의 주파수 위치 frp를 나타낸다.
제38도의 (a)와 (b)의 그래프에 의하면, 리플이 없고, 삽입손실이 거의 없는 최적 막두께는 2600Å과 4000Å 사이이다.
필터의 중심주파수에 의해 실질적으로 결정된 병렬아암내의 공진기의 주기 λp(932MHz의 4.4㎛, 제28도 참조)에 의해서, 상기 최적막 두께를 정규화할 수 있다.
이 정규화된 최적막 두께는 0.06과 0.09사이이다.
본 발명의 제8실시예는 본 발명자 등의 상기 고찰의 결과에 의한 것이다.
제39도는 제8실시예에 의한 SAW 필터에 사용된 제1의 1단자쌍 SAW 공진기(200)를 나타낸다. 공진기(200)는 여기화 전극(201)과, 전극(201)의 양측상에 각각 배치된 2개의 반사기(202, 203)를 구비하고 있다.
상기 전극(201)과 반사기(202, 203)는 알미늄(Al)또는 Al과 소량 중량%의 다른 금속의 혼합물 또는 합금으로 구성돼 있다.
상기 각 전극과 반사기(202, 203)의 막두께 t1은 전극주기 λp의 0.06~ 0.09배와 동일하다. 제27도와 제34도에 도시된 공진기 R1B, R3B, R5B 각각에 공진기(200)를 적용한 SAW 필터는, 제40도에 도시된 곡선(205)으로 도시된 대역특성을 갖고 있다.
제40도로부터, 상기 통과대역에 리플이 없음을 알 수 있다.
Al합금을 사용하면, Al의 사용에 비해서 파괴전력 성능이 개량된다.
Cu 또는 Ti를 Al과 혼합할 수 있다.
제41도는 SAW 공진기(200)의 변형(210)을 나타낸다. 제41도에 도시된 공진기(210)는 여기화 인터디지탈전극(211)과, 이 전극(211)의 양측에 각각 배치된 2개의 반사기(212, 213)를 구비하고 있다. 상기 전극(211)과 반사기들(212, 213)은 Au로 구성돼 있다.
전극(211)과 반사기들(212, 213)의 최적 막두께는, 이 전극(211)과 반사기들(212, 213)의 중량 증가로 인한 상기 현상을 고려하여 결정된다. Al의 비중대 Au의 비중의 비는 2.7/18.9로써, 0.143이므로, 최적 막 두께 t2는 최적 막 두께 t1과 0.143을 곱함으로써 얻어지며, 전극주기 λp의 0.0086~0.013배와 동등하다.
공진기 R1B, R3B, R5B 각각에 공진기(210)를 적용하여 얻어진 SAW 필터는 제40도에 도시된 특성과 유사한 대역특성을 갖고 있으며 통과대역에 아무런 리플도 갖지 않는다.
본 발명의 제9실시예에 의한, 제13도에 도시된 인덕터 L1, L2, L3의 구조를 제42도를 참조해서 설명하며, 여기서, 제16도의 부분들과 동일한 부분들은 동일 참조번호가 부기돼 있다.
제42도에 도시된 바와같이, 지그재그 마이크로스트리프라인(220, 221)이 상기 세라믹 패키지(81) 상에 형성돼 있고, 단자(84-3, 84-5)상에 접속돼 있다.
상기 마이크로스트리프라인(220, 221)의 종단은 접지에 접속돼 있다. 마이크로스트리프 라인(220, 221) 각각의 패턴폭은 100㎛이고, 상기 마이크로스트리프라인(220, 221)과 접지간의 거리는 0.5mm이다.
상기 세라믹 패키지(81)의 유전 상수가 9이면 상기 마이크로스트리프라인(220, 221)의 인덕턴스가 2nH와 동등하다. 인덕터 L1, L2, L3의 구성이 다른 본 발명의 제10실시예를 제43도를 참조해서 설명한다. 제43도에서, 제16도에 도시된 부분들과 동일한 부분들은 상기와 동일 참조번호로 부기돼 있다.
공진기 R1과 R2에 각각 접속된 2개의 지그재그 마이크로스트리프라인(230, 231)은 필터칩(82)상에 형성돼 있다.
단자(85-3, 85-5)는 상기 마이크로스트리프라인(230, 231)의 단부들에 접속돼 있다.
상기 마이크로스트리프라인(230,231) 각각은 두께가 3000Å, 폭 60㎛, 길이 2mm이다.
상기 필터칩(LiTaO3)(82)의 유전상수가 44이면 상기 마이크로스트리프라인(230, 231)의 인덕턴스는 2.2nH이다.
본딩와이어(86-3), 세라믹 패키지(81)상의 마이크로스트리프라인(220) 및 필터칩(82)상의 마이크로스트리프라인(230)을 적합하게 결합하여, 인덕터를 구성할 수 있다.
제44도를 참조해서, 본 발명의 제11실시예에 의한 SAW 필터(240)를 설명한다.
본 발명의 제11실시예는 하기와 같이 구성돼 있다. 먼저, 통과대역폭을 증가시키기 위해서, 직렬아암내의 공진기의 공진주파수 frs를, 병렬아암내의 공진기의 반공진주파수 fap보다 더 높게 되어 있다. 둘째로는, 통과대역이 극대의 손실이 없도록 △f≡frs-fap가 선택된다.
본 발명의 상기 설명한 실시예들은 fap=frs일 것이 필요하다. 그러나, 상기 조건이 유지되는 한, 통과대역이 증가될 수 없다. 통과대역을 증가시키기 위하여, 본 발명자들은 제46도에 도시된 바와같이, fapfrs의 조건을 고려했다.
제46도로부터, fapffrs의 범위내에서 bx0이고, 따라서,이 주파수대는 상기 이론에 따라 감쇠대역으로 변경됨을 알 수 있다.
그러나, 실제로는 △f(=frs-fap)를 제한함으로써 곱셈치 bx를 극소치에 유지할 수 있고 상기 주파수 대역은 아무런 실제적 감쇠없이 통과대역으로 실용적으로 기능할 수 있다.
제47a, 47b 및 47c도는 △f(=frs-fap)가 0(영)으로부터 증가할 때 얻어진, 래더형필터의 대역 특성을 나타낸다.
실험에 사용된 필터는 전기기계 결합계수가 0.05인, LiTaO3로된 압전기판과, 막두께가 3000Å인 Al인터디지탈 전극을 갖고 있다.
이 전극의 구조는 제44도에 도시된 바와 같이, 래더형 구조를 구성하도록 접속된 2기본 단위부중 하나이다.
이 기본부들 각각은 병렬아암의 제1공진기와 직렬아암의 제2공진기를 구비하고 있다.
필터의 입력과 출력부를 서로 대칭으로 구성하기 위하여, 최종 스테이지의 다른 병렬아암 내에 제3공진기가 설치돼 있다.
대역외 억압도를 실용치로 증가시키기 위하여 복수의 기본부들이 캐스케이드되어, 래더형 구조를 형성하고 있다.
그러나, 상기 캐스캐이드되는 기본부의 수가 증가함에 따라 삽입손실이 증가된다. 따라서, 실제 필터 규격을 고려해서, 캐스케이드되는 기본부의 수를 결정하는 것이 바람직하다.
상기 고려되는 필터는 2dB 이하의 손실과 20dB 이상의 대역외 억압도를 실현키 위한 것이다.
상기 병렬과 직렬아암내의 각 공진기의 인터디지탈 전극은 개구길이 180㎛, 50휭거쌍을 갖도록 설계돼 있다.
모든 공진기의 전극들이 동일한 구격을 갖기 때문에 COP와 COS가 각각 병렬아암과 직렬아암의 정전용량인때에 얻어진 비율 P(=COP/COS)가 1이다.
제47a도는 △f=0인 경우의 대역특성을 나타낸다. 제47b도는 △f=10MHz인 경우의 대역특성을 나타낸다. 제47b도에 도시된 대역특성은 통과대역폭(여기서는, 2.5dB 이하의 손실이 확보된다) 이 40 MHz로 증가되는 한편, 제47a도로부터 도시된 대역특성은 22MHz의 통과대역폭을 갖도록 향상돼 있다.
제47a, 47b도로부터 상기 통과대역폭이 저주파수에 대해서 특히 향상됨을 알 수 있다.
향상된 대역외 억압도를 갖고 있다.
보다 구체적으로는, 대역외 억압도는 19dB로부터 20dB로 향상된다.
△f의 증가로 인한 개량에는 한계가 있다. 제47c도는 △f=19MHz인 경우의 대역특성을 나타낸다. 통과대역 폭은 고주파수에서 약간 손상하며, 이 손상은 2.5dB와 거의 동등하며, 통과대역내의 리플을 증가시킨다.
제47c도에서 허용 리플 한계인 거의 1.0dB에 도달하는 리플이 관찰된다.
△f가 더욱 증가되면, 삽입손실과 대역내 리플이 증가한다. 따라서, △f=19MHz의 증분이 상기 한계이다.
△f=19MHz인 때에 얻어진 곱셈치 bx를 검사했다. 이 실험에서, 제44도에 도시된 병렬아암내에 설치된 SAW 공진기와 도시된 직렬아암내에 설치된 SAW 공진기를 별도로 제조했다. 상기 병렬아암내의 공진기의 어드미턴스를 제48a도에 도시된 회로구성에 의하여 측정했고, 직렬아암내의 공진기의 임피던스를 제48b도에 도시된 회로구성의 수단에 의해 측정했다. 네트워크 분석기에 의하여, S21을 측정함으로써 어드미턴스와 임피던스의 측정을 행하였다.
S21의측정치를 제48a, 48b도에 도시된 식에 삽입하고 임피던스 Zp와 어드미턴스 Yp를 산출했다.
제49도에 도시된 주파수 특성이 얻어졌으며 이것은 어드미턴스 또는 임피던스의 허수부, 즉, b 또는 x의 값을 나타낸다.
곱셉치 bx의 주파수 의존성은 제50도에 도시된 바와같다. 제50도로부터, 상기 곱셈치 bx가 음이고, fapffrs범위내의 작은 값이다.
곱심치 bx의 최대절대치 |bxmax|는
인때에 주어지며, 본 실험의 경우 0.06이었다. 즉, |bxmax|값이 0.06 이하이면, 상기 삽입손실의 손상이 감소될 수 있고, 상기 대역내 리플이 1dB 이하로 억압될 수 있다.
△f19MHz이면, |bxmax|의 값이 증가하며, 상기 삽입손실과 대역내 리플이 1dB이상으로 증가한다. 이 값은 비실용적이다.
그 결과, 상기 |bxmax|값은 특성손상의 상한지표이고, △f의 허용치를 결정한다.
상기의 내용을 하기에 일반화된다.
제51도는 LC의 2중 공진회로에 의해 SAW 공진기를 근사함으로써 얻어진 래더형 필터의 등가회로도이다.
직렬아암내의 SAW 공진기의 임피던스 ZS와 병렬아암내의 SAW 공진기의 어드미턴스 YP는 하기와 같다:
식중, ωrs, ωas, ωrp, ωap는, 직렬아암 공진기의 공진 및 반공진주파수와 병렬아암 공진기의 공진 및 반공진주파수를 각각 나타내며, τ는 용량비(기판 고유의 것)이다.
상기 공진과 반공진주파수와 용량비는 하기와 같이 쓰여진다:
상기 곱셈치 bx는 식(11)과 (12)로부터 하기와 같이 산출한다.:
상기 곱셈치 bx가 극을 갖도록 하는 각 주파수 ω는 δ(bx)/δ ω=0으로부터 구해지며 하기와 같이 표현된다:
이를 식(13)에 대입함으로써 얻어진 값은 통과대역에서 곱셈치 bx의 최대치이다.
즉,
식중
제52도는 p=Cop/Cos를 변수로해서 식(15)를 플로트(plot)하여 얻은 △f/frs와 bxmax간의 관계를 나타낸다. 제52도의 빗금부분은 곱셈치 bx의 허용치가 상기 실험에 의해 얻어진 0.06 이하가 되는 조건에 대응한다.
따라서, p=Cop/Cos에 의존한 △f/frs의 허용치 α를 구할 수 있고, |bxmax|=0.06을 식(15)에 대입함으로써 하기와 같이 쓸수 있다.
상기 용량비 τ는 기판 재료에 의존하며, 상기 실험에 의하면 36Y커트 X-전파 LiTaO3에 대해서는 15이다. 따라서, 식(17)은 하기와 같이 다시 쓸 수 있다:
P=1이면, α=0.02이고, frs가 948MHz인 제47도의 실시예의 경우 △f=19MHz이다.
즉, 식(18)이 성립한다.
△f의 증가는 용량비 τ가 작은 압전기판재, 즉, 전기기계 결합 계수가 큰 기판재용으로 유효하다.
식(17)은 상기 기판재에 대해서 얻어진 것이다.
용량비 τ는 전기기게 결합계수 K2의 역수에 비례한다. 64-커트 X-전파 LiNbO3(K2=0.11)에 대한 τ비의 값은 각각 6.8과 4.4이다.
이 값들은 36커트 X-전파 LiTaO3의 T값과 K2=0.05를 사용하여 얻어진 것이다.(참조 k : 야마노우찌 등, Applications for Piezoelectric Leaky Surface Wave, 1990 ULTRASONIC SYMPOSIUM Proceedings, pp. 11~pp. 18, 1990)
제53도는 용량비 τ와 전기기계 결합계수 K2간의 관계를 나타내며, 36-커트 X-전파 LiTaO3의 K2와 τ값을 사용하고, K2가 τ의 역수에 비례하는 관계를 이용하여 얻어진 것이다.
제53도에 도시된 관계로부터, 64°및 41커트 X-전파 LiNbO3의 용량비 τ의 값들을 얻을 수 있으며, 각각 6.8, 4.4이다.
제44도와 45도에 도시된 실시예의 구성을 설명한다. 상기 SAW 필터(240)는 36-커트 X-전파 LiNaO3기판(241)을 구비하고 있다.
1.5mm×2mm×0.5mm의 칫수를 갖고 있다.
필터(240)의 입력측으로부터, 병렬아암 공진기 RP1 직렬아암 공진기 RS1, 병렬아암 공진기 RP2, 직렬아암 공진기 RS2 및 병렬아암 공진기 RP3가 이 순서대로 배치돼 있다.
각각의 공진기는 개구길이 180㎛이고 50개의 휭거쌍을 갖는 전극의 양측에 각각 설치된 반사기(단락회로형)(242)를 갖고 있다.
각 반사기(242)는 50휭거쌍을 갖고 있다.
상기 병렬아암 공진기는 인터디지탈전극의 주기외에는 직렬아암 공진기와 동일하다.
각 병렬아암 공진기의 전극의 주기 λP는 4.39㎛(패턴폭과 간격간의 비는 1 : 1이고, 따라서 패턴폭은 약 1.1㎛(=λP/4)이다), 각 직렬아암 공진기의 전극의 기간은 4.16㎛(그 패턴폭은 1.04㎛(=λS/4)이다).
각 주기는 다음식을 사용하여 선정되고 각 공진주파수(frp, frs)는 소정의 값(frp=893MHz, frs=942MHz)과 동등하다:
λS=Vm/frs
λP=Vm/frp
여기서 Vm은 전극두께 3000Å에 대한 36커트 X-전파 LiTaO3결정에 있어서의 표면파의 음속이다.
상기 구조의 SAW 필터(240)는 제47c도에 나타낸 것과 간이 넓은 통과대역과 낮은 손실을 갖는 대역통과 특성을 갖는다.
여기서 △f=19MHz이다. 제45도 중의 패턴폴(λP)이 4.35㎛로 바뀔때만 △f는 10MHz로 되어 제47b도에 나타낸 특성을 얻는다.
전극은 Al-Cu합금으로 제조되고 3000Å의 두께이고 표면파가 압전기판(241)의 X방향으로 전파되도록 배열된다.
36-커트 X-전파 LiTaO3이외의 압전기판을 설명하겠다. 64-커트 X-전파 LiNbO3의 용량비(τ)는 6.8이고 식(17)에 대응하는 식은 다음과 같이 다시 쓸수 있다.
41-커트 X-전파 LiNbO3의 용량비(τ)는 4.4이고 식(17)에 대응하는 식은 다음과 같이 다시 쓸수 있다.
τ값이 감소될수록 즉 전기기계 결합계수가 증가될수록 α는 증가되고 △f가 증가될 때에도 특성은 열화되지 않는다.
제54~57도를 참조하여 본 발명의 제12실시예를 설명하겠다. 본 발명의 제12실시예에 의한 SAW 필터(250)는 복수의 기본 단위부(단위 구간)을 갖으며 각 단위부는 병렬아암에 SAW 공진기를 직렬아암에 SAW 공진기를 갖으며 각 연결노드에서의 손실을 줄이기 위하여 인접단위구간들간의 이미지 임피던스를 배칭시킨다. 상기 구성으로 통과대역중의 삽입손실을 감소시킬 수 있게 된다.
본 발명의 제12실시예는 다음 사항을 고려한 것이다.
제58a도 및 제58b도에 나타낸 것과 같이 대역통과특성이 적어도 하나의 병렬아암공진기와 적어도 하나의 직렬 아암 공진기에 의해서 얻어질 수 있다.
하나의 병렬아암 공진기와 하나의 직렬아암 공진기로된 사다리형 접속이 이 필터의 단위구간이다.
직렬아암 공진기의 공진주파수가 병렬아암 공진기의 반공진주파수 이상인 것이 바람직하다.
제58a도 및 제58b도에 각각 나타낸 2개의 단위구간을 얻을 수 있다. 제58a도에 나타낸 단위구간의 직렬아암은 입력단자역할을 하고 제58도에 나타낸 단위구간의 직렬아암은 출력단자 역할을 한다.
복수의 단위구간으로된 다단 연결은 제59a, 59b 및 59c도에 나타낸 3형식중의 하나로 분류된다.
제59a도는 입력 또는 출력중의 어느것이 직렬아암이고 다른 것이 별렬아암(대칭형)인 구성을 나타내고 있다. 제59b도는 입력 및 출력의 모두가 병렬아암(대칭형)인 구성을 나타내고 있다.
n단위구간을 갖는 다단연결의 삽입손실은 단위구간의 삽입손실의 n배이다.
그 대역외 억압도도 단위구간의 억압도의 n배이다. 삽입손실은 증가하는 한편 대역외 억압도는 개선된다. 특히 삽입 손실이 대략 영(0)일 때에 다단접속이 효율적인 수단이다. 그러나 인접 단위 구간간의 임피던스 매칭이 양호하지 않는 한 삽입손실은 단위구간의 삽입손실의 n배 이상일 것이다. 임피던스 매칭이 양호하지 않으면 파워가 인접 단위구간들간의 경계(각 계면 1-1'-n-n')에서 반사된다.
이 파워반사는 삽입손실을 증가시킨다.
인접단위 구간간의 경계에서의 파워반사 발생을 r로 나타내면 그 손실은 n10log(r)로 나타내진다.
그러므로 인접단위 구간간의 임피던스를 매칭시키고 2개의 인접단위구간간의 각 경계에서의 파워반사를 억제함으로써 삽입손실의 증가를 억제하는 것이 중요하다.
인접단위 구간들의 임피던스를 매칭시키는 방법을 설명하겠다. 제60도에 나타낸 것과같이 4개의 상이한 단자정수(F 매트릭스의 4개의 변수 A, B, C, D)를 갖는 2개회로(1, 2)가 서로 접속되어 그들간의 임피던스가 매칭될때에 이들 회로는 경계(b-b')에서 회로들(1, 2)를 보아 얻어진 이미지 임피던스가 서로 같도록 설계된다. 경계(b-b')에서 회로(1)을 보아 얻어진 이미지 임피던스(Z11)를 회로(1)의 4단자 정수(A1, B1, C1, D1)을 사용하여 다음과 같이 나타낼 수 있다
Z11=D1B1/C1A1(21)
마찬가지로 경계(b-b')에서 회로(2)를 보아 얻어진 이비지 임피던스(Z12)는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
이미지 임피던스들 (Z11, Z12)은 부하저항(순저항)(Ro)에 상관없이 결정된다.
식들(21, 22)이 서로 동일할 때에는 하기의 임피던스 매칭조건을 얻을 수 있다.
D1B1/C1A1=A2B2/C2D2(23)
제61도는 임피던스매칭이 좋지 않는 접속을 나타내고 있고, 식(23)의 조건을 만족시키지 않는다.
경계(b-b')에서 우측회로를 보아 얻어진 반사도(γ)는 하기와 같이 나타내진다.
실재요소의 값들(Zs, Zp)은 영이 아니고 따라서 그 반사도(γ)는 영이 아니다.
제61b도에 나타낸 접속에 있어서 경계(b-b')에서 좌측회로를 보아 얻어진 이미지 임피던스(Zi1)는 하기와 같이 식(21)을 사용하여 구한다.
경계(b-b')에서 우측회로를 보아 얻어진 이미지 임피던스(Zi2)는 식(22)를 사용하여 구할 수 있다.
Zi1=Zi2이고 라서 임피던스가 매칭되고 경계(b-b')에서의 반사도(γ)는 영인 것이다. 이상은 제61c도에 나타낸 접속에 대해서도 마찬가지이다.
복수의 단위구간을 제61b도 또는 61c도에 나타낸 방법으로 캐스케이드 접속하는 방법을 설명하겠다.
제62도(a)는 제61(b)도에 나타낸 접속방법과 제61c도에 나타낸 접속방법이 교호로 채용된 n개의 단위구간(n2)으로 된 회로를 나타내고 있다. 이상 설명으로 각 경계에 반사가 없음을 볼 수 있을 것이다.
제62도의 (a)에 나타낸 회로는 각각 인접병렬노드의 2개의 공진기가 일체로 되고 직렬아암의 2개의 인접공진기가 일체로 되어 있는 제62도의 (b)에 나타낸 것과 같이 개변될 수 있다. 필터의 입력에 가장 가까운 직렬아암 공진기는 상기 직렬아암 공진기내부에 위치한 공진기들의 임피던스의 1/2인 값의 임피던스를 갖고 있다. 마찬가지로 필터의 출력에 가장 가까운 병렬아암 공진기가 상기 병렬아암 공진기 내부에 위치한 어드미턴스의 1/2값의 어드미턴스를 갖고 있다.
제63a도 제63b도 및 제63c도는 각각 제62도에 나타낸 상기 개변방법을 제59a도, 제59b도 및 제59c도의 구성에 적용시켜 얻어진 구성을 각각 나타내고 있다.
더욱 구체적으로는 제63a도는 필터의 입력 또는 출력중의 어느것이 직렬아암이고 남은 하나가 병렬아암인 제59a도에 나타낸 매칭방법에 대응하는 임피던스 매칭법을 나타내고 있다.
제63a도에 나타낸 구성에 있어서는 필터의 일단에 위치한 직렬아암 공진기의 임피던스는 각 내측 직렬아암 공진기의 임피던스의 1/2이다. 또 필터의 남은 단에 위치한 병렬아암 공진기의 어드미턴스가 내측병렬아암 공진기의 어드미턴스의 1/2이다.
제63b도는 제59b도에 나타낸 메칭방법에 대응하는 임피던스 매칭방법을 나타내고 그의 각단에 위치한 2개의 병렬아암공진기의 각각은 내측병렬아암 공진기의 어드미턴스의 1/2값의 어드미턴스를 갖고 있다.
제63c도는 제59c도에 나타낸 매칭방법에 대응하는 임피던스 매칭방법을 나타내고 있다. 그 각단에 위치한 2개의 직렬아암 공진기의 각각이 내측 직렬아암 공진기의 임피던스의 1/2값의 임피던스를 갖고 있다.
상기 개념에 준하여 본 발명의 제12실시예를 설명하겠다.
제12실시예에 의한 SAW 필터(250)는 제54도에 나타낸 등가회로와 제55도에 나타낸 실제 구성을 갖고 있다.
제54도에 나타낸 것과같이 3개의 직렬아암 공진기(Rs1, Rs2, Rs3)와 3개의 병렬아암 공진기(Rp1, Rp2, Rp3)를 갖고 있다.
6개의 공진기의 각각은 동일한 개구부길이(90㎛)와 동일한 휭거쌍수 100를 갖고 있다. 각 공진기는 Q를 증가시키기 위하여 인터디지탈 전극의 양측에 각각 위치한 2개의 단락회로형 반사기를 갖고 있다.
각 반사기는 100개 정도의 휭거쌍을 갖고 있다. 직렬아암 공진기들(Rs1, Rs2, Rs3)는 4.19㎛의 동일한 휭거주기(λs)를 갖고 있다.
병렬아암 공진기들(Rp1, Rp2, Rp3)는 4.38㎛의 동일한 휭거주기(λp)를 갖고 있다.
제64도는 본 발명의 제12실시예에 의한 SAW 필터(250)에 관계된 종래의 SAW 필터를 나타내고 있다. 제54도와 제64도에 나타낸 필터의 각각에 있어서 임피던스(Zs)로 나타낸 각 직렬아암 SAW 공진기의 설계사양은 개구부 길이가 90㎛이고 휭거쌍의 수가 100이다. 어드미턴스(Yp)로 나타낸 각 병렬아암 SAW 공진기의 설계사양은 상기 사양과 같다. 압전기판 결정은 36-커트 X 전파 LiTaO3로 제조된다.
결정기판위에 3000Å 두께를 갖는 알루미늄합금 패턴으로 형성된 SAW 공진기를 위한 인터디지탈 패턴이 설비된다.
제56도에 나타낸 실신공선(251)은 필터(250)의 특성을 나타내고 제56도에 나타낸 파선의 곡선(252)은 제64도에 나타낸 필터의 특성을 나타내고 있다.
제56도에서 필터(250)가 제64도가 나타낸 필터의 삽입손실보다 작은 삽입손실을 갖는 것을 볼 수 있다. 특히 필터(250)의 통과대역의 양단에서 삽입손실이 크게 개선된다.
제57도에 나타낸 곡선(253)은 제54도에 나타낸 종래 필터의 대역특성을 나타내고 어드미턴스(Yp)로 나타낸 병렬아암 공진기의 휭거쌍수만 100으로부터 80으로 감소되어 어드미턴스(Yp)의 값을 감소시킨다.
통과대역의 삽입손실이 개선됨을 제57도에서 볼 수 있다.
필터의 단부에 있는 공진기의 어드미턴스를 감소시켜도 삽입손실을 1/2 이하의 양으로 개선된다고 말할 수 있다.
이상은 임피던스에 대해서도 마찬가지다.
제63a도에 나타낸 기본구성에 준한 실시예를 설명하겠다. 필터의 중앙에 설비되는 단위구간의 수의 변화는 상기 실시예와 같은 잇점을 갖는다.
본 발명의 제13실시예에 의한 SAW 필터를 제65도를 참조하여 설명하겠다.
이 SAW 필터(260)는 제63b도에 나타낸 기본 구성에 준한 것이고, 제56도의 곡선(251)으로 나타낸 것과 같이 동일 삽입손실 개선을 갖고 있다.
제66도는 본 발명의 제14실시예에 의한 SAW 필터를 나타내고 있다. 필터(270)는 제63c도에 나타낸 기본 구성에 준한 것이다. 필터(270)는 제56도의 곡선(215)로 나타낸 것과 같이 동일 삽입손실 개선을 갖고 있다.
제67도와 제68도는 본 발명의 제15실시예에 의한 SAW 필터(280)를 나타내고 있다.
이 실시예는 삽입손실이 인터디지탈 전극의 저항성분과 콘닥턴스 성분에 의존된다는 생각에 준한 것이다. 상상기 사항에 착안하여 제15실시예에는 직렬아암 공진기의 저항성분을 감소시키고 각 병렬아암 공진기의 콘닥턴스 성분을 감소시켜 공진기가 사다리형 접속을 만드는 필터의 합게 삽입손실을 감소시키려는 것이다.
제67도를 참조하면 SAW 공진기들(Rs1, Rs2, Rs3)이 직렬아암을 설비되고 SAW 공진기(Rp1, Rp2, Rp3)가 각 병렬아암에 설비되어 있다. 직렬아암의 각 공진기의 공진주파수(frs)는 병렬아암의 각 공진기의 공진주파수(frp)와 다르다.
각 병렬아암 공진기의 어드미턴스가 다음식으로 표시된다고 하자.
Yp=g+j·b (26)
여기서 g는 콘닥턴스 성분을 가리키고 b는 서셉턴스를 가리킨다.
또 각 직렬아암의 임피던스를 다음식으로 표현된다고 하자.
Zs=r+j·X (27)
여기서 r는 저항성분을 가리키는 X는 리액턴스성분을 가리킨다.
상기 가정하에서 g, b, r 및 x의 주파수 특성은 제71도에 나타낸 것과 같다.
병렬아암 공진기의 어드미턴스(Yp)의 서셈턴스 성분(b)(점 쇄선으로 나타냄)은 주파수(frp)에서 최대치를 갖고 거기서 그 부호가 +에서 -로 바뀐다. 또 서셈턴스 성분(b)이 반공진주파수(fap)에서 영으로 되고 거기에서 그 부호가 -에서 +로 바뀐다. 콘닥턴스성분(g)(1점 쇄선으로 나타냄)은 공진주파수(frp)에서 최대치를 갖고 급격히 감소되어 영에 접극된다.
콘닥턴스 성분(g)의 값은 +만으로 된다.
직렬아암 공진기의 임피던스의 리액턴스 성분(x)(제71도에 실선으로 나타냄)은 공진주파수(frs)에서 영으로 되고 반공진주파수(fas)에서 최대치로 된다. 또 리액턴스 성분(x)의 부호가 +에서 -로 바뀌고 반공진주파수(fas)보다도 높은 범위의 -측에서 영으로 근접한다. 저항성분(γ)은 영으로부터 서서히 증가되어 반공진주파수(fas)에서 최대치로 증가된 후 서서히 감소된다. 저항성분(γ)은 +부호만으로 된다.
필터특성을 얻기 위하여 병렬아암공진기의 반공진주파수(fap)는 직렬아암 공진기의 공진 주파수(fas)와 같거나 그보다도 약간 작다.
제71도의 하부에 그려진 그래프는 필터 회로의 대역특성을 나타내고 있다. 통과대역의 중심주파수부근에서 서셉턴스성분(b)과 리액턴스 성분(X)이 각각 영임을 제71도에서도 볼 수 있다. 따라서 필터의 통과대역 특성은 r과 g만으로 결정하여 다음과 같이 구해진다.
S21=100/(100+γ=50r·g+2500g) (28)
r0이므로 g0, S21은 r와 g가 모두 증가될 때 1보다도 작아진다.
20log|S21|로 표기된 삽입손실도 증가한다.
따라서 삽입손실은 r와 g가 모두 영에 가까워질수록 감소된다.
인터디지탈 전극의 어느부분에 저항성분(r)과 콘덕턴스성분(g)에 관계되는지에 관해서 설명하겠다. 제5b도에 나타낸 등가회로에 삽입된저항(r1)을 고려하면 이 저항(r1)은 인터디지탈전극의 전기저항성분의 합계치이고 휭거단으로부터 발생된 벌크파가, 기판내부로 전파되는 동안에 생긴 에너지 손실에 대응하는 음향저항성분이다.
벌크파의 방사로 생기는 이 저항성분은 인터디지탈전극극들의 형태에 거의 의존하지 않으므로 인터디지탈전극의 전기저항(r1)에 비례한다. 특히 X=0의 중심주파수 근방에서 r=r1이 된다.
병렬아암 공진기의 어드미턴스의 콘덕턴스(g)성분은 인터디지탈전극의 전기저항의 콘덕턴스(1/r1)에 비례한다.
다음식이 알려져 있다.
r=ls.ρo/(Ns·W·t) (29)
여기서 ρo는 인터디지탈 전극들의 핀거들의 저항율을 가리키고 w는 휭거의 폭을 가리키고 t는 각 휭거의 막두께를 가리키고 ls는 직렬아암 공진기의 개구부길이를 나타내고 Ns는 휭거쌍의 수를 가리킨다.
직렬아암 공진기에 사용되는 것과 같은 동일기판과 동일금속막이 사용되면 콘덕턴스 성분(g)은 다음과 같이 구한다.
g=Np·w·t/(lp·ρo) (30)
여기서 lp는 병렬아암 공진기의 개구부 길이를 가리키고 Np는 휭거쌍수를 가리킨다. 병렬아암 공진기의 ρo, w 및 t는 직렬아암 공진기의 것과 거의 같은 것이다.
따라서 식 (28)에 있어서, 삽입손실에 있어서의 증가는 다음과 같이 나타내진다.
r+50r·g+2500g
=ls·ρo/(Ns·w·t)+50·(ls/lp)·(Np/Ns)+2500·Np·w·t/(lp·ρo) (31)
직렬아암 공진기의 삽입손실이 개구부길이(ls)가 감소하고 휭거쌍의 수(Ns)가 증가될수록 적어지고 병렬아암 공진기의 삽입손실이 개구부 길이(lp)가 증가하고, 휭거쌍의 수(Np)가 감소될수록 적어지는 것을 식(31)에서 알 수 있다.
특히 삽입손실은 lslp1 및 Np/Ns1 즉 직렬아암 공진기의 개구부길이가 병렬공진기의 것보다 적을때에 병렬아암 공진기의 휭거쌍의 수보다 직렬아암 공진기의 수가 클때에 효과적으로 감소된다.
상기 사실의 이유에 대하여 설명하겠다. 식(31)에 있어서 r=rs(rs : 직렬아암 공진기의 전기저항)치고 g=1/rp(rp : 병렬아암 공진기의 전기저항)이다. 따라서 다음식을 얻을 수 있다.
r+50r·g+2500g=rs+50(rs/rp)+2500(1/rp)
따라서 삽입손실의 증가를 (rs/rp)1 즉 rsrp 일때에 억제할 수 있다.
ls가 너무 짧으면 표면파의 굴절로 생기는 손실이 생기로 lp가 너무 길면 저항증가로 인한 병렬아암 공진기의 Q의 감소가 나타나고 대역외 억압도가 나빠진다.
따라서 ls 및 lp에는 한도가 있다. 식(31)은 다음과 같이 바꿀 수 있다.
r+50r·g+2500g=ls·ρo/(Ns·w·ts)+50·(ls/lp)·(Np·Ns)
·(tp·ts)+2500·Np·w·tp/(lp·ρo) (32)
여기서 ts는 직렬아암 공진기의 인터디지탈 전극을 형성하는 금속막의 막두께를 가리키고 tp는 병렬아암 공진기의 인터디지탈 전극을 형성하는 금속막의 막두께를 가리킨다. 따라서 삽입손실은 tp/ts일 때에 감소될 수 있다.
상이한 저항율치(ρ9, ρ0P)를 갖는 상이한 2종의 금속막을 갖는 공진기를 사용할 수 있고 이들 공진기를 병렬아암 및 직렬아암으로 배치하여(ρ9, ρ0P)1의 관계를 만족시킬 수 있다. 그러나 이것은 다량생산성이란 면에서 실용적이 아니다.
상기 개념에 준한 제15실시예를 제67도 및 제68도를 참조하여 설명하겠다.
압전기판(241)이 36-커트 X 전파 LiTaO3으로 형성되고 전극은 Al로 제조되고 3000Å의 두께이다.
종래에는 병렬아암 및 직렬아암의 각각에 있어서 Is=Ip=90㎛이고 Np=Ns =100이었으나 이 실시예에서는 직렬아암의 ls=45㎛이고 Ns=200이다. 한편 병렬아암은 lp=180㎛이고 Np=50이다.
즉, lpls이고, NsNp이다.
또, ls/lp=0.25이고, Np/Ns=0.25이다.
휭거쌍의 수와 개구부길이의 곱에 준하여 결정되는 인터디지탈 전극의 정전용량(Co)은 일정치로 유지하였다.
제69도에서 실선(281)은 본 실시예의 특성을 나타내고, 파선(282)은 종래의 필터의 특성을 나타낸다. 종래의 필터는 삽입손실이 2.5dB이고 한편 본 실시예의 삽입손실은 2.0dB이다. 즉 삽입손실이 0.5dB, 다시말하면 25%만큼 개선된다.
직렬아암 공진기의 휭거쌍을 증가된 수를 사용하였으므로 내전력성도 향상되어 인가가능한 최대전력이 20% 만큼 향상된다.
본 실시예에서는 ls가 30㎛ 이하일 경우에 회절손실이 나타나고 lp가 300㎛ 이상일 경우에 대역외 열화가 시작된다. 따라서 ls와 lp가 상기 값으로 한정되는 것이다.
이상에서 통과대역내의 삽입손실은 직렬아암의 전기저항을 줄이고 병렬아암의 전기저항을 증가(콘덕턴스를 감소)시킴으로써 개선된다.
직렬아암공진기의 막두께보다 두꺼운 막두께를 갖는 병렬아암 공진기를 사용할 수도 있다. 이 구성으로도 통과대역내의 삽입손실을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 제16실시예에 의한 파필터를 제72도를 참조하여 설명하겠다.
제72도에 나타낸 필터(브렌칭 필터)는 공통 노드(a,b)를 거쳐서 공통신호단자(T0)쌍에 연결된 입력단자들을 갖는 2개의 SAW 필터(F1, F2)를 포함하고 있다. SAW 필터(F1)는 한쌍의 신호단자(T1)을 갖으며 SAW 필터(F2)는 한쌍의 신호단자(T2)를 갖고 있다. 한쌍의 신호선(lh, lc)는 노드들(a,b)을 SAW 필터(F1)에 접속시키고 다른쌍의 신호선(1h,1c)이 노드들(a,b)을 SAW 필터(F2)에 접속시킨다.
SAW 필터(F1)는 직렬아암 SAW공진기(Rso)와 병렬아암 SAW 공진기(Rp)를 포함하고 이들 공진기가 전술한 바와같이 배열 구성된다.
공진기(Rso)는 공통노드(a)에 접속되므로 SAW 공진기(F1)의 제1단의 공진기로 역할한다. 직렬아암 공진기와 병렬아암 공진기의 복수의 쌍이 SAW 필터(F1)에 캐스케이드 접속된다. SAW 필터(F2)는 SAW필터(F1)와 동일하게 배열 구성된다.
SAW 필터들(F1, F2)는 각각 상이한 대역중심 주파수를 갖고 있다. 예를 들면 SAW 필터(F1)는 대역 중심 주파수(f1)가 887MHz이고 SAW 필터(F2)는 대역중심 주파수(f2)가 932MHz이다. 이 경우에 주파수(f1)는 주파수(f2) 보다 낮다.
제73도는 제72도에 나타낸 파필터의 스미스챠트(Smith Chart)이다. 제72도에서 p는 이 파필터의 통과대역을 가리키고 A는 저주파측 감쇠대역을 가리키고 B는 고주파측 감쇠대역을 가리킨다. 제73도에서 제72도에 나타낸 회로의 특성임피던스가 50Ω 이상인 것을 볼 수 있다.
이것은 제72도에 나타낸 파필터가 각 대역통과필터의 임피던스 특성을 것임을 의미한다.
본 발명의 제17실시예에 의한 파필터를 제74도 및 제75도를 참조하여 설명하겠다.
제74도에서 전술한 도면에 나타낸 부분과 동일 부분에는 동일부호를 부여했다.
전술한 바와같이 SAW 필터들(F1, F2)은 f1f2의 조건을 만족시키고 이 SAW 대역통과 필터들(F1, F2)이 제75도에 나타낸 것과 같은 특성을 갖는 경우에 필터(F1)는 필터(F2)의 통과대역 주파수 대역내의 고임피던스 상태로 유지된다. 이 경우에 필터(F1)에 임피던스 매칭회로(M)를 설비할 필요가 없이 필터(F2) 단독의 특성과 공일한 특성을 얻을 수 있다.
그러나 필터(F2)는 그 저주파 감쇠대역(A)내의 고임피던스를 갖지 않아서 누화가 생길 수 있다. 따라서 이 필터(F2)의 저주파 감쇠대역(A)내의 임피던스를 증가시킬 필요가 있다.
저주파 감쇠대역(A)의 임피던스를 증가시키는 임피던스 매칭회로(M)는 노드(b)와 필터(F2)간에 접속되어있다. 이 임피던스 매칭회로(M)는 신호의 위상을 회전시키기 위한 고임피던스요소인 인덕터(L)를 포함한다. 이 인덕터(L)는 예를 들어 6nH의 인덕턴스를 갖고 있다. 이 인덕터(L)는 예를 들어 금, 텅그스텐 또는 동으로 제조되고 유리에폭시 또는 세라믹 기판위에 형성되는 금속대선(strip line)으로 형성시킬 수 있다.
유리에폭시기판위에 형성된 금속대선은 그 폭이 0.5mm이고 길이가 11mm이다.
또 세라믹 기판 위에 형성된 금속대선은 그 폭이 0.2mm이고 길이가 6mm이다.
제75도에 나타낸 것과 같이 필터(F2)를 위하여 설비된 임피던스 매칭회로(M)는 위상을 화살표로 나타낸 방향으로 회전시켜 저주파 감쇠대역(A)에 있어서, 필터(F2)의 임피던스를 증가시킬 수 있다.
제76도는 본 발명의 제18실시예에 의한 파필터를 나타내고 있다.
제76도에서 전술한 도면들에 나타낸 부분과 같은 부분에는 동일부호를 부여하였다.
제76도에 나타낸 파필터는 인덕터(L)의 위상 회전량을 보정하는 콘덴서(C)를 인덕터(L)와 직렬아암공진기(Rso)와의 사이에 직렬로 접속함으로써 얻을 수 있다.
인덕터(L)만으로 적합한 임피던스 매칭을 얻을 수 없을 가능성이 있다. 제77도에 나타낸 스미스차트에 있어서 먼저 위상이 제77도의 화살표 방향으로 회전되고 다음에 인덕터(L)에 의해서 회전된다.
제78도는 본 발명의 제19실시예에 의한 파필터를 나타내고 있다.
이 필터(F1)는 직렬아암 SAW 공진기(Rso)와 병렬아암 SAW 공진기(Rp)를 구비하고 그들이 직렬아암 공진기가 필터(F1)의 제1단에 위치되도록 접속되어 있고, 필터(F1)의 병렬아암 SAW 공진기(Rpo)는 필터(F)의 제1단에 위치하고 있다. 위상회전에 사용하는 위상전선(S)이 SAW 필터(F2)에 직렬로 접속되어 있다. 필터(F1)만 제1단의 직렬아암 공진기를 갖도록 구성하여도 그 고주파 감쇠대역(B)내의 필터(F1)의 임피던스를 증가시킬 수 있다.
이 경우에 필터(F2)의 제1단의 공진기는 공통신호단자(T0)의 쌍에 병렬로 접속된 병렬아암 공진기이다.
필터(F2)의 통과대역에 대응하는 필터(F2)의 저주파 감쇠대역(A)은 고임피던스를 갖지 않는다.
따라서 본 실시예에 의하면 위상회전선(S)이 필터(F2)에 직렬로 접속된다.
제79도에 나타낸 것과 같이 위상회전선(S)에 의해서 생기는 위상회전방향은 제75도 및 제77도에 나타낸 방향과 반대방향이다.
그러나 제80도에 나타낸 것과 같이 필터(F2)의 적합한 매칭을 얻을 수 있다.
이 경우에 유리에폭시기판위에 형성되는 위상 회전선(S)의 길이는 25mm정도이고, 세라믹기판위에 형성되는 위상회전선(S)의 길이는 26mm정도이다.
제78도에 나타낸 구성을 제74도에 나타낸 것과 같이 인덕터(L)를 설비함으로써 구성변경을 할 수 있다. 또 제76도에 나타낸 것과 같이 콘덴서(C)를 설비할 수도 있다.
본 발명의 제16~제19실시예의 대역중심 주파수(f1, f2)는 887MHz와 932MHz로 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 이상 설명한 특정실시예들에 한정되는 것은 아니고 본 발명의 범위를 일탈함이 없이 개변할 수 있는 것이다.
Claims (52)
1쌍의 단자와 소정의 공진주파수(frp)를 가지며, SAW 필터의 병렬아암(22)내에 설치된, 제1SAW 공진기(21, R1A, R1B)와; 1쌍의 단자와, 상기 제1SAW 공진기의 소정의 반공진 주파수(fap)와 거의 동등한 소정의 공진주파수(frs)를 갖으며, 상기 SAW 필터의 직렬아암(24)내에 설치된 제2SAW 공진기(23, R2) 및; 상기 병렬아암(22)내의 제1SAW 공진기에 직렬 접속된 인덕턴스소자(25, L1)를 구비한 것을 특징으로 하는 SAW 필터.
제1항에 있어서, 상기 제1SAW 공진기(R1A)의 개구길이(Ap)가 상기 제2SAW 공진기(R2)의 개구길이(As)보다 더 큰 것이 특징이 SAW 필터.
제1항에 있어서, 상기 제1SAW 공진기(R1B) 전극 휭거쌍의 (Np)가, 상기 제2SAW 공진기(R2)의 전극 휭거쌍의 수(Ns)보다 더 큰 것이 특징인 SAW 필터.
제1항에 있어서, 상기 제1SAW 공진기(R1B)가 여기화 인터디지탈 전극(131)과, 하기식으로 정의되는 β가 0.4가 되도록 상기 여기화 전극의 양측상에 각각 설치된 제1반사기(132)와 제2반사기(133)를 구비한 것이 특징인 SAW 필터 :
d=(n+β)·λ
(식중, d는 상기 여기화전극과 상기 제1 및 제2반사기 각각간의 거리이고, n은 정수이며, β는 1이하의 실수이고, λ는 공진주파수에 대응하는 상기 여기화 인터디지탈 전극의 주기이다).
제1항에 있어서, 제1SAW 공진기(R1B)는 상기 여기화 인터디지탈 전극(131)과 상기 제1(132) 및 제2반사기(133)를 구비하며, 상기 반사기(132, 133)는 각각 알미늄 또는 알미늄이외의 금속을 소량 중량% 함유한 알미늄 합금으로 구성되고; 상기 여기화 인터디지탈 전극과 제1 및 제2반사기의 막두께가, 상기 여기화 인터디지탈 전극 주기의 0.06~0.09배인 것이 특징인 SAW 필터.
제1항에 있어서, 제1SAW 공진기(R1B)는 상기 여기화 인터디지탈 전극(131)과 상기 제1 및 제2반사기(132, 133)를 구비하며, 상기 반사기는 각각 알미늄 또는 알미늄이외의 금속을 소량 중량% 함유한 알미늄 합금으로 구성되고; 상기 여기화 인터디지탈 전극과 제1 및 제2반사길의 막두께가, 상기 여기화 인터디지탈 전극 주기의 0.0086~0.0139배인 것이 특징인 SAW 필터.
제1항에 있어서, 상기 인덕턴스 소자(25, L1)가 본딩외이어(86-1~65-5)를 포함한 것이 특징인 SAW 필터.
제1항에 있어서, 상기 인덕턴스 소자(25, L1-)가; 상기 제1 및 제2SAW 공진기가 위에 여성되는 필터칩(82)을 수용하는 세라믹 패키지(81)와; 상기 세라믹 패키지(81)상에 형성되어, 상기 제1SAW 공진기로부터 단자(84-3)까지 뻗은 마이크로스트리프라인(220)을 구비한 것이 특징인 SAW 필터.
제1항에 있어서, 상기 인덕턴스 소자(25, L1)가; 상기 제1 및 제2SAW 공진기가 위에 형성되는 필터 칩(82)과; 상기 필터(82)상에 형성되어 상기 제1SAW 공진기로부터 뻗은 마이크로스트리프라인(230)을 구비한 것이 특징인 SAW 필터.
각각 1쌍의 단자와 소정의 공진주파수(frp)를 가지며, 상기 SAW 필터의 병렬아암(62~64)내에 각각 설치되는 복수의 제1SAW 공진기(R1, R3, R5)와; 각각 1쌍의 단자와, 상기 제1SAW 공진기의 소정의 반공진 주파수(fap)와 거의 동등한 소정의 공진주파수(frs)를 가지며, 상기 SAW 필터의 직렬아암(61)내에 설치되는 복수의 제2SAW 공진기(R2, R4) 및; 상기 제2SAW 공진기들에 각각 직렬 접속되는 인덕턴스소자(LS)를 구비한 것을 특징으로 하는 SAW 필터.
제10항에 있어서, 상기 제1SAW 공진기는 각각 여기화 인터디지탈 전극(131)과, 하기식으로 정의되는 β가 0.4가 되도록 상기 여기화전극의 양측상에 각각 설치되는 제1반사기(132)와 제2반사기(133)를 구비한 것이 특징인 SAW 필터 :
d=(n+β)·λ
(식중, d는 상기 여기화전극과 상기 제1 및 제2반사기 각각간의 거리이고, n은 정수이며, β는 1이하의 실수이고, λ는 공진주파수에 대응하는 상기 여기화 인터 디지탈 전극의 주기이다).
제11항에 있어서, 상기 인덕턴스 소자는 상기 제1 및 제2SAW 공진기가 위에 형성되는 필터칩(82)을 수용한 세라믹 패키지(81)와; 상기 세라믹 패키지상에 형성되어, 제1SAW 공진기로부터 단자들까지 뻗은 마이크로스트리프라인(220)을 구비한 것이 특징인 SAW 필터.
제1항에 있어서, 상기 인덕턴스 소자는 상기 제1 및 제2SAW 공진기가 형성되는 필터칩(82)과; 상기 필터 칩상에 형성되어 상기 제2SAW 공진기로부터뻗은 마이크로스트리프라인(230)을 구비한 것이 특징인 SAW 필터.
각각 1쌍의 단자와 소정의 공진 주파수(frp)를 갖으며, SAW 필터의 병렬아암(62~64)내에 설치되는 복수의 제1SAW 공진기(R1, R3, R5)와; 각각 1쌍의 단자와, 상기 제1SAW 공진기의 소정의 반공진 주파수(frs)를 갖으며, 상기 SAW 필터의 직렬아암(61)내에 설치되는 제2SAW 공진기(R2, R4) 및; 상기 병렬아암내의 제1SAW 공진기들에 제각기 직렬 접속되는 인덕턴스소자(L1, L2, L3)를 구비한 것을 특징으로 하는 SAW 필터.
1쌍의 단자와, 제1공진주파수(frp)와, 이 제1공진주파수보다 높으며 상기 제1공진주파수와 제1용량비(τ)에 준하여 제1반공진주파수(frp)을 가지며, 상기 SAW 필터의 병렬아암내에 설치되는 제1SAW 공진기(Rp1~Rp3)와; 1쌍의 단자와, 제2공진주파수(frs)와, 이 제2공진주파수보다 높으며 상기 제2공진주파수와 제2용량비(τ)에 준하여 제2반공진주파수(frs)를 가지며, SAW 필터의 직렬아암내에 설치되는 제2SAW 공진기(Rs1, Rs2)를 구비하며, 상기 제2공진주파수(frs)는 제1반공진주파수(f|rp)보다 더 높으며; 상기 제2공진주파수와 제1반공주파수간의 차이는 허용 리플범위와 허용 삽입손실을 제공하는 값과 동등한 것이 특징인 SAW 필터.
제15항에 있어서; 상기 제1 및 제2SAW 공진기(Rp1~Rp3, Rs1, Rs2)는 압전기판(241)상에 형성되 있고; 상기 제2SAW 공진기(Rs1, Rs2)는 압전 기판(241)상에 형성되고 소정의 조기를 갖는 인터디지탈 전극을 구비하며; 상기 제2공진 주파수에 의해서 상기 차이를 정화함으로써 얻어진 정류화값이 0보다 크고, 하기식으로 정의된 α보다 더 작은 것이 특징인 SAW 필터 :
(식중, P는 제2SAW 공진기의 인터디지탈 전극의 휭거쌍의 수와 개구길이에 의한 정전용량과 상기 제1SAW 공진기의 인터디지탈 전극의 휭거쌍의 수와 개구 길이에 의한 정전용량의 비율이다.)
제15항에 있어서; 상기 제1 및 제2SAW 공진기(Rp1~Rp3, Rs1, Rs2)는 압전기판(241)상에 형성되 있고; 상기 제2SAW공진기(Rs1, Rs2)는 압전기판(241)상에 형성되 있고 소정의 조기를 갖는 인터디지탈 전극을 구비하고 있고; 상기 전압기판에 36커트 X-전파 LiNbO3(241)로 구성돼 있고; 상기 제2SAW 공진기의 인터디지탈 전극의 상기 소정주기는 상기 정규화 비가 0보다 크고 하기식으로 정의되는 α보다 더 작은 것이 특징인 SAW필터:
(식중, P는 제2SAW 공진기의 인터디지탈 전극의 휭거쌍의 수와 개구길이에 의한 정전용량과, 상기 제1SAW 공진기의 인터디지탈 전극의 휭거쌍의 수와 개구 길이에 의한 정전용량의 비율이다.)
제15항에 있어서, 상기 제1 및 제2SAW 공진기(Rp1~Rp3, Rs1, Rs2)는 압전기판(241)상에 형성되 있고: 상기 제2SAW 공진기(Rs1, Rs2)는 압전 기판(241)상에 형성되 있고 소정의 조기를 갖는 인터디지탈 전극을 구비하고 있고; 상기 압전기판(241)에 64커트 X-전파 LiNbO3(241)로 구성되 있고; 상기 제2SAW 공진기의 인터디지탈 전극의 상기 소정주기는 상기 정규화 비가 0보다 크고 하기식으로 정의되는 α보다 더 작은 것이 특징인 SAW 필터 :
(식중, P는 제2SAW 공진기의 인터디지탈 전극의 휭거쌍의 수와 개구길이에 의한 정전용량과, 상기 제1SAW 공진기의 인터디지탈 전극의 휭거쌍의 수와 개구 길이에 의한 정전용량의 비율이다.)
제15항에 있어서 : 상기 제1 및 제2SAW 공진기(Rp1~Rp3, Rs1, Rs2)는 압전기판(241)상에 형성되 있고; 상기 제2SAW 공진기(Rs1, Rs2)는 압전 기판상에 형성되 있고 소정의 주기를 갖는 인터디지탈 전극을 구비하고 있고; 상기 압전기판에 41커트 X-전파 LiNbO3(241)로 구성되 있고; 상기 제2SAW 공진기의 인터디지탈 전극의 상기 소정주기는 상기 정규화 비가 0보다 크고 하기 식으로 정의되는 α보다 더 작은 것이 특징인 SAW 필터 :
(식중, P는 제2SAW 공진기의 인터디지탈 전극의 휭거쌍의 수와 개구길이에 의한 정전용량과, 상기 제1SAW 공진기의 인터디지탈 전극의 휭거쌍의 수와 개구 길이에 의한 정전용량의 비율이다.)
1쌍의 단자와, 제1공진주파수(frp)와, 이 제1공진주파수보다 높으며 상기 제1공진주파수와 제1용량비(τ)에 대한 제1반공진주파수(frp)를 각각 가지며, SAW 필터의 병렬 아암 내에 각각 설치된 복수의 제1SAW 공진기(Rp1~Rp3)와; 1쌍의 단자와, 제2공진주파수(frs)와, 이 제2공진주파수보다 높으며 상기 제2공진주파수와 제2용량비(τ)에 의한 제2반공진주파수(frs)를 각각 가지며, SAW 필터의 직렬아암내에 설치되는 복수의 제2SAW 공진기(Rs1~Rs2)를 구비하며, 상기 제1 및 제2SAW 공진기는 래더형 필터구조를 형성하도록 접속되 있고; 상기 제2공진주파수는 상기 제1반공진주파수 이상이고; 상기 SAW 필터의 입력 또는 출력측의 어느 하나에가장 근접된 제1최외측 아암이 상기 직렬아암이고, 상기 입력측과 출력측 중 남은 하나에 가장 근접된 제2최외측 아암이 상기 병렬아암 중 하나이고; 상기 제1최외측 아암내에 설치된 제2SAW 공진기중 하나는 상기 직렬아암내에 설치되며, 그리고 상기 제2SAW 공진기중 상기 하나에 상대적으로 상기 직렬 아암 내에 접속되며, 상기 SAW 필터의 내측에 배치된 나머지 제2SAW 공진기 각각의 것보다 더 작은 임피던스를 갖고 있는 것이 특징인 SAW 필터.
제20항에 있어서, 상기 제2최외측 아암내에 설치된 제1SAW 공진기중 하나는 병렬아암내에 설치되고 그리고 상기 제1SAW 공진기중 상기 하나에 상대적으로 상기 직렬 아암내에 접속되며, 상기 SAW 필터의 내측에 설치된 나머지 제1SAW 공진기 각각의 것보다 더 작은 어드미턴스(Yp)를 갖고 있는 것이 특징인 SAW 필터.
제20항에 있어서, 상기 제2SAW 공진기중 하나의 임피던스는 나머지 제2SAW 공진기 각각의 임피던스(Zs)의 1/2인 것이 특징인 SAW 필터.
제21항에 있어서, 상기 제2SAW 공진기중 하나는 임피던스가 나머지 제2SAW 공진기 각각의 임피던스의 1/2인 것이 특징인 SAW 필터.
제20항에 있어서 : 제1곱셈치에 의한 제1정전용량이 제2곱셈치에 의한 제2정전용량보다 더 크고; 상기 제1곱셈치는 상기 제1최외측 아암내의 제2SAW 공진기중 하나의 개구 길이와, 그 휭거쌍 수와, 상기 제1 및 제2SAW 공진기의 기판의 유전상수의 곱셈치이고; 상기 제2곱셈치는 상기 나머지 제2SAW 공진기 각각의 개구길이와 그 휭거쌍 수와 그의 유전상수의 곱셈치인 것이 특징인 SAW 필터.
제20항에 있어서, 상기 직렬아암내의 상기 나머지 제2SAW 공진기 각각은 직렬 접속된 복수의 SAW 공진기를 구비하며, 상기 제1최외측 아암내의 설치되는 제2SAW 공진기중 하나와 동일한 용량을 갖는 것이 특징인 SAW 필터.
제21항에 있어서 : 제1곱셈치에 의한 제1정전용량은 제2곱셈치에 의한 제2정전용량보다 더 크고; 상기 제1곱셈치는 상기 제1최외측 아암내의 제2SAW 공진기중 하나의 개구 길이와, 그 휭거쌍 수와 상기 제1 및 제2SAW 공진기의 기판의 유전상수의 곱셈치이고; 상기 제2곱셈치는 상기 나머지 제2SAW 공진기 각각 개구길이와 그 휭거쌍 수와 그의 유전상수의 곱셈치인 것이 특징인 SAW 필터.
제21항에 있어서, 상기 직렬아암내의 상기 나머지 제2SAW 공진기 각각은 직렬 접속된 복수의 SAW 공진기를 구비하여, 상기 제1최외측 아암내에 설치된 제2SAW 공진기중 하나와 동일 한 임피던스를 제2SAW 공진기중 하나와 동일 한 임피던스를 갖는 것이 특징인 SAW 필터.
제21항에 있어서, 상기 제1SAW 공진기중 하나의 어드미턴스가 나머지 제1SAW 공진기 각각의 어드미턴스의 1/2인 것이 특징인 SAW 필터.
제21항에 있어서 : 제1곱셈치에 의한 제1정전용량은 제2곱셈치에 의한 제2정전용량보다 더 크고; 상기 제1곱셈치는 상기 제2최외측 아암내의 제1SAW 공진기중 하나의 개구 길이와, 그 휭거쌍 수와 상기 제1 및 제2SAW 공진기의 기판의 유전상수의 곱셈치이고; 상기 제2곱셈치는 상기 나머지 제1SAW 공진기 각각의 개구길이와 그 휭거쌍 수와 그의 유전상수의 곱셈치인 것이 특징인 SAW 필터.
제21항에 있어서 : 상기 병렬아암내의 상기 나머지 제1SAW 공진기 각각은 직렬 접속된 복수의 SAW 공진기를 구비하며, 상기 제2최외측 아암내에 설치된 제1SAW 공진기중 하나와 동일한 용량을 갖는 것이 특징인 SAW 필터.
제23항에 있어서 : 제1곱셈치에 의한 제1정전용량은 제2곱셈치에 의한 제2정전용량보다 더 크고; 상기 제2곱셈치는 상기 제2최외측 아암내의 제1SAW 공진기중 하나의 개구길이와, 그 휭거쌍 수와 상기 제1 및 제2SAW 공진기의 기판의 유전상수의 곱셈치이고; 상기 제2곱셈치는 상기 나머지 제1SAW 공진기 각각의 개구길이와 그 휭거쌍 수와 그의 유전상수의 곱셈치인 것이 특징인 SAW 필터.
제23항에 있어서, 상기 직렬아암내의 상기 나머지 제2SAW 공진기 각각은 직렬 접속된 복수의 SAW 공진기를 구비하며, 상기 제1최외측 아암내에 설치된 제2SAW 공진기중 하나와 동일한 용량을 갖는 것이 특징인 SAW 필터.
제28항에 있어서 : 제1곱셈치에 의한 제1정전용량은 제2곱셈치에 의한 제2정전용량보다 더 크고; 상기 제1곱셈치는 상기 제2최외측 아암내의 제1SAW 공진기중 하나의 개구길이와, 그 휭거쌍 수와 상기 제1 및 제2SAW 공진기의 기판의 유전상수의 곱셈치이고; 상기 제2곱셈치는 상기 나머지 제2SAW 공진기 각각의 개구길이와 그 휭거쌍 수와 그의 유전상수의 곱셈치인 것이 특징인 SAW 필터.
제28항에 있어서, 상기 직렬아암내의 상기 나머지 제1SAW 공진기 각각은 직렬 접속된 복수의 SAW 공진기를 구비하며, 상기 제2최외측 아암내에 설치된 제1SAW 공진기중 하나와 동일한 용량을 갖는것이 특징인 SAW 필터.
1쌍의 단자와, 제1공진주파수(frp)와 이 제1공진주파수보다 높으며 상기 제1공진주파수와 제1용량비(τ)에 의한 반공진주파수(frp)을 각각 가지며, SAW 필터의 병렬아암내에 각각 설치되는 복수의 제1SAW 공진기(Rp1~Rp3)와; 1쌍의 단자와, 제2공진주파수(frs)와, 이 제2공진주파수보다 높으며 상기 제2공진주파수와 제2용량비(τ)에 의한 제2반공진주파수(frs)를 각각 가지며, SAW 필터의 직렬아암내에 설치되는 복수의 제2SAW 공진기(Rs1~Rs3)를 구비하며, 상기 제1 및 제2SAW 공진기의 래더형 필터구조를 형성하도록 접속되 있고; 상기 제2공진주파수는 상기 제1반공진주파수 이상이고; 상기 SAW 필터의 입력 또는 출력측의 어느 하나에 가장 근접된 제1최외측 아암은 상기 직렬아암을 구비하며, 상기 입력측과 출력측 중 남은 하나에 가장 근접된 제2최외측 아암이 상기 병렬아암 중 하나를 구비하며; 상기 제2최외측 아암내에 접속된 제1SAW 공진기 각각은 상기 나머지 병렬아암내에 접속되고, 그리고 상기 제1SAW 공진기에 상대적으로 상기 SAW 필터의 내측에 배치된 나머지 제1SAW 공진기의 각각의 것보다 더 작은 어드미턴스를 갖고 있는 것이 특징인 SAW 필터.
제35항에 있어서, 상기 제1SAW 공진기 중 하나의 어드미턴스는 상기 나머지 제1SAW 공진기 각각의 어드미턴스의 1/2인 것이 특징인 SAW 필터.
제35항에 있어서 : 제1곱셈치에 의한 제1정전용량은 제2곱셈치에 의한 제2정전용량보다 더 크고; 상기 제1곱셈치는 상기 제2최외측 아암내의 제2SAW 공진기중 하나의 개구길이와, 그 휭거쌍 수와 상기 제1과 제2SAW 공진기의 기판의 유전상수의 곱셈치이고; 상기 제2곱셈치는 상기 나머지 제1SAW 공진기 각각의 개구길이와 그 휭거쌍 수와 그의 유전상수의 곱셈치인 것이 특징인 SAW 필터.
제35항에 있어서, 상기 병렬 아암내의 상기 나머지 제1SAW 공진기 각각은 직렬접속된 복수의 SAW 공진기를 구비하며 상기 제2최외측 아암내의 설치된 제1SAW 공진기중 하나와 동일한 용량을 갖는 것이 특징인 SAW 필터.
1쌍의 단자와 제1공진주파수(frp)와, 이 제1공진주파수보다 높으며 상기 제1공진주파수와 제1용량비(τ)에 의한 제1반공진주파수(frp)을 각각 가지며, SAW 필터의 병렬아암내에 각각 설치되는 복수의 제1SAW 공진기(Rp1~Rp3)와; 1쌍의 단자와, 제2공진주파수(frs)와, 이 제2공진주파수보다 높으며 상기 제2공진주파수와 제2 용량비(τ)에 의한 제2반공진주파수(fas)를 각각 가지며, SAW 필터의 직렬아암내에 설치되는 복수의 제2SAW 공진기(Rs1~Rs3)를 구비하며, 상기 제1 및 제2SAW 공진기의 래더형 필터구조를 형성하도록 접속되 있고; 상기 제2공진주파수는 상기 제1반공진주파수 이상이고; 상기 SAW 필터의 입력측에 가장 근접된 제1최외측 아암은 상기 병렬아암 중 하나이고, 상기 출력측에 근접된 제2최외측 아암은 상기 직렬 아암 중 하나이고; 상기 제1 및 제2최외측 아암중 적어도 하나내에 접속된 제1SAW 공진기중 하나는 상기 병렬아암내에 접속되고, 그리고 상기 제1SAW 공진기중 하나에 상대적으로 상기 SAW 필터의 내측에 배치된 나머지 제1SAW 공진기 각각의 것보다 더 작은 어드미턴스를 갖고 있는 것이 특징인 SAW 필터.
제39항에 있어서, 상기 제1SAW 공진기중 하나의 어드미턴스는 상기 나머지 제1SAW 공진기 각각의 것의 1/2인 것이 특징인 SAW 필터.
제40항에 있어서 : 제1곱셈치에 의한 제1정전용량은 제2곱셈치에 의한 제2정전용량보다 더 크고; 상기 제1곱셈치는 상기 제2최외측 아암내의 제1SAW 공진기중 하나의 개구길이와, 그 휭거쌍 수와 상기 제1과 제2SAW 공진기의 기판의 유전상수의 곱셈치이고; 상기 제2곱셍치는 상기 나머지 제1SAW 공진기 각각의 개구길이와 그 휭거쌍 수와 그의 유전상수의 곱셈치인 것이 특징인 SAW 필터.
제40항에 있어서, 상기 병렬아암내의 상기 나머지 제1SAW 공진기 각각은 직렬접속된 복수의 SAW 공진기를 구비하며 상기 제1 및 제2최외측 아암중 하나내에 설치된 제1SAW 공진기중 하나와 동리한 용량을 갖는 것이 특징인 SAW 필터.
1쌍의 단자와 제1공진주파수(frp)와, 이 제1공진주파수보다 높으며 상기 제1공진주파수와 제1용량비(τ)에 의한 제1반공진주파수(frp)을 각각 가지며, SAW 필터의 병렬아암내에 각각 설치되는 복수의 제1SAW 공진기(Rp1~Rp3)와; 1쌍의 단자와 제2공진주파수(frs)와, 이 제2공진주파수보다 높으며 상기 제2공진주파수와 제2용량비(τ)에 의한 제2반공진주파수(fas)를 각각 가지며, SAW 필터의 직렬아암내에 설치되는 복수의 제2SAW 공진기(Rs1~Rs3)를 구비하며, 상기 제1 및 제2SAW 공진기의 래더형 필터구조를 형성하도록 접속되 있고; 상기 제2공진주파수는 상기 제1반공진주파수 이상이고; 상기 SAW 필터의 입력측에 가장 근접된 제1최외측 아암은 상기 직렬아암이고 상기 출력측에 가장 근접된 제2최외측 아암도 상기 직렬 아암중 하나이고; 상기 제1 및 제2최외측 아암 중 적어도 하나내에 접속된 제2SAW 공진기중 하나는 상기 병렬아암내에 설치되고, 그리고 상기 제2SAW 공진기중 하나에 상대적으로 상기 SAW 필터의 내측에 배치된 나머지 제2SAW 공진기 각각의 것보다 더 작은 어드미턴스를 갖고 있는 것이 특징인 SAW 필터.
제43항에 있어서, 상기 제2SAW 공진기중 하나의 임피던스는 상기 나머지 제2SAW 공진기의 임피던스의 1/2인 것이 특징인 SAW 필터.
제43항에 있어서, 상기 병렬아암내의 상기 나머지 제1SAW 공진기 각각은 복수의 직렬 접속된 SAW 공진기를 구비하고 있고, 상기 직렬아암내에 설치되고, 상기 제1SAW 공진기중 하나와 동일한 용량을 갖고 있는 것이 특징인 SAW 필터.
1쌍의 단자와 소정의 공진주파수(frp)를 가지며, SAW 필터의 병렬아암(24)내에 설치된, 제1SAW 공진기(21, R1A, R1B)와; 1쌍의 단자와, 상기 제1SAW 공진기의 소정의 반공진 주파수(fap)와 거의 동등하거나 더 높은 소정의 공진주파수(frs)를 갖으며, 상기 SAW 필터의 직렬아암(24)내에 설치된 제2SAW 공진기(23)를 구비하며; 상기 제2SAW 공진기의 인터디지탈 전극의 제1전극저항(rs)은 상기 제1SAW 공진기의 인터디지탈 전극의 제2전기 저항(rp)보다 더 작은 것이 특징인 SAW 필터.
제46항에 있어서 : 상기 제2SAW 공진기의 인터디지탈 전극의 개구길이(ls)는 상기 제1SAW 공진기의 인터디지탈 전극의 (lp)보다 더 작으며; 상기 제2SAW 공진기의 인터디지탈 전극의 휭거쌍의 수(Ns)는 상기 제1SAW 공진기의 인터디지탈 전극의 휭거쌍의 수(Np)보다 더 큰 것이 특징인 SAW 필터.
제46항에 있어서, 상기 제1SAW 공진기의 인터디지탈 전극의 막두께는 상기 제2SAW 공진기의 인터디지탈 전극의 막두께 보다 더 작은 것이 특징인 SAW 필터.
각각의 통과대역과 SAW 공진기를 갖는 복수의 SAW 필터(F1, F2)와; 상기 복수의 SAW 필터에 공통으로 접속된 1쌍의 입력단자(To)와; 복수의 SAW 필터에 각각 접속된 복수쌍의 출력단자(T1, T2)와; 상기 SAW 필터중 적어도 하나와 상기 입력단쌍간에 배치되고, 상기 SAW 필터중 적어도 하나에 병렬 접속된 인덕턴스소자(L)와, 상기 인덕턴스 소자와 상기 직렬아암 공진기간에 직렬 접속된 용량소자(C)를 구비한 것이 특징인 대역 통과필터.
각각 대역통과필터와 SAW 공진기를 가지며, 적어도 제1스테이지를 갖는 복수의 SAW 필터(F1, F2)와, 상기 복수의 SAW 필터에 공통 접속된 한쌍의 입력단자(To)와, 상기 복수의 SAW 필터들에 각각 접속되는 복수쌍의 출력단자(T1, T2)를 구비하며, 상기 SAW 필터의 제1의 것(F1)은 상기 SAW 필터들의 제1의 것의 제1스테이지에 배치되는 직렬아암 SAW 공진기를 구비하고, 상기 SAW 필터의 제2의 것(F2)은 그의 제1스테이지에 배이된 병렬아암 SAW 공진기에 접속된 직렬아암 SAW 필터와, SAW 필터의 제2의 것의 제1스테이지에 배치된 상기 병렬 아암 SAW 공진기를 구비하고, 상기 대역통과필터가 상기 입력단쌍중 하나와 상기 SAW 필터중 제2의 것 간에는 위상회전용라인(S)이 직렬 접속되는 것이 특징인 대역통과필터.
제50항에 있어서, 상기 SAW 필터중 제1의 것과 상기 입력단쌍간에 배치되어 상기 SAW 필터중 제1의 것에 병렬접속되는 인덕턴스 소자를 더 구비한 것이 특징인 대역통과필터.
제51항에 있어서, 상기 SAW 필터중 제1의 것의 직렬아암 공진기와 상기 인덕턴스 소자간에 직렬 접속된 용량소자(C)를 더 구비한 것이 특징인 대역통과필터.
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