KR100249332B1

KR100249332B1 - 표면 탄성파 소자

Info

Publication number: KR100249332B1
Application number: KR1019960701588A
Authority: KR
Inventors: 로저 알렌 다벤포트
Original assignee: 지니 엠. 데이비스; 씨티에스 코포레이션
Priority date: 1994-09-29
Filing date: 1995-09-07
Publication date: 2000-03-15
Also published as: CN1131478A; WO1996010294A1; JPH09505974A; US5486800A; CN1073306C; AU3506795A

Abstract

표면 탄성파(SAW) 소자(300)는 음향 트랙(308)(310)상에 결합된 인터디지털 트랜스듀서(302)(304)(306)를 포함한다. 공진 인터디지털 트랜스듀서(302)(304)는 공통 음향 트랙 (308)상에서 직렬로 전기적 및 음향적 결합되어 있는 반면에, 반공진 트랜스듀서(306)는 직렬 접속에 전기적 결합되고 제2음향 트랙(310)상에 배치된다.

Description

표면 탄성파 소자

표면 탄성파(SAW)소자는 전자 신호 처리를 위해서 탄성 고체의 표면 상에서 전파 되는 웨이브를 사용한다. 보편적인 SAW 소자는 빛의 속도로 진행하는 전자기 신호파를 빛의 속도보다 작은 10⁵정도의 속도로 진행하는 음향신호파로 변환하는 트랜스듀서(transducer)를 사용한다. 이러한 대폭적인 파장의 감소로 인해 설계자는 전통적인회로 설계에서 요구되는 공간보다 현저하게 작은 공간에서 소정의 복잡한 신호 처리 기능을 구현할 수 있다. 따라서, 복잡한 신호 처리 기능을 다루도록 설계된 SAW 소자는 비견되는 다른 기술들에 비해서 상당한 가격 및 크기상의 장점을 제공할 수 있다. SAW 기술은 필터, 공진기, 발진기, 지연선, 및 다른 유사한 소자 등을 응용 분야에서 수요가 증가하고 있다.

SAW 소자는 보편적으로 압전 기판 상에서 구현되며 음파를 발생시키고 검출하기 위해 일반적으로 압전 기판의 표면 상에 배치된 인터디지털 트랜스듀서(interdigital transducer : IDT)를 사용한다. 압전 기판 상의 IDT의 구조(geometry)(빔 폭, 피치, 핑거(finger)의 개수)는 SAW 소자의 주파수 응답 및 신호처리 특성에 중요한 역할을 한다. SAW 소자 설계자는 보편적으로 IDT의 구조에 중점을 둠으로써, 그리고 압전 기판용 재료의 선택에 의해 소자의 소망된 동작 주파수 응답을 실현할 수 있다.

종래의 SAW 필터들은 공통 트랙(common track)들에 나란히 배치된 트랜스듀서들을 가지며 트랜스듀서들 간을 결합시키기 위해 음향적 결합(acoustic coupling)을 사용하지만, 각 음향 트랙은 동일한 공진 동작 주파수로 동조되어야 한다. 역대로, SAW 소자는 SAW 필터에 대한 전형적인 삽입 손실이 3.5dB 이상이 되는 삽입 손실의 문제를 겪어야 했다. 최근의 결합 계수가 높은 SAW 필터에서 손실을 크게 하는 메커니즘 중의 하나는 음파 감쇠(accoustic wave attenuation)이다. 음파 감쇠는 표면파가 압전 기판의 표면을 따라 전파함에 따라 손실된 에너지의 양 또는 복원될 수 없는 벌크 에너지(bulk energy)로 변환된 에너지의 양이다.

종래의 SAW 필터를 개선한 것이 SAW 래더 필터(ladder filter)이다. 종래의 SAW 래더 필터는 래더 설계 내의 트랜스듀서가 음향적으로 스태거되고(staggered), 전기적 결합(electrical coupling)만을 사용하며, 중심 주파수 fo에서 서로 다른 주파수들(공진 그리고 반공진)로 동작한다는 점에 있어서 종래의 논-래더(non-ladder)SAW 필터들과 구별된다.

첨부된 제1도 및 제2도에서는 종래 SAW 래더 필터(100) 및 종래 래더 필터와 관련된 등가 회로 모델(200)을 도시한다. 필터(100)는 압전 기판(101)의 7개의 개별 음향 트랙에 배치된 7개의 공진기(150-162)를 포함한다. 각 공진기(150-162)는 트랜스듀서(102-114) 및 2개의 반사기(116-142)로 구성된다. 공진기(150-162)는 각 트랜스듀서를 통해서 노드 1내지 5에서 전기적으로 결합된다. 종래 SAW 래더 필터 설계는 트랜스듀서의 단부로부터 방출되는 음향 에너지가 다른 트랜스듀서의 응답과 간섭하지 않도록 하기 위해 전파 경로가 다른 각각의 음향 경로를 갖는다. 이러한 SAW 래더 필터는 반사기가 있게도 설계될 수 있고 반사기가 없게도 설계될 수 있다. 그러나, 무반사기(non-reflector) 설계에서 트랜스듀서를 떠나는 음향 에너지는 보편적으로 필터에 큰 손실 매커니즘을 발생시킨다.

반사기의 목적은 음향 에너지를 트랜스듀서 내로 역반사시킴으로써 트랜스듀서의 단부의 외부로부터 유실되는 에너지를 보존하여서 공진기의 무부하(unloaded)Q(Qu)를 증가시키는 것이다. 그러나, 반사기는 음향 에너지가 반사기 내에서 유실되기 때문에 이상적인 소자는 아니다. 반사기 내의 에너지 손실은 표면파가 반사기 내로 진행하고 역반사되는 동안의 표면파의 음향 감쇠에 기인한다. 음향 감쇠는 2개의 요소를 갖는다. 제1요소는 표면파가 균일한 표면을 진행하는 동안의 표면 모드에서 벌크 모드로의 점진적인 변환이다. 제2요소는 표면파가 반사기 핑거등의 비균일면과 부딪힐 경우에 발생하는 음향 산란이다. 표면파가 반사기 내에 있는 총 시간 동안, 어떠한 에너지도 트랜스듀서에 의해 사용되고 있지 않으며, 결과적으로, 반사기 손실은 필터 삽입 손실을 감소시킨다.

종래의 논 래더 필터에 비해서 향상되었음에도 불구하고, 래더 필터 소자에 대한 전형적인 삽입 손실은 여전히 2.5dB 이상이다. 종래의 SW 래더 설계의 결점은 정밀한 임피던스가 요구되어서 개개의 트랜스듀서의 빔 폭 및 피치를 좁게 하는 제한 요소가 된다는 것이다. 또한, 역대로 SAW 래더 필터는 모든 트랜스듀서들과 부가적인 반사기들의 이격으로 인해 구현에 있어서 큰 표면적을 필요로 했다.

따라서, 은파 손실을 최소화하고 특히, 삽입 손실에 대해서 향상된 필터 성능을 제공하며 반면에 구현을 위해 필요한 표면적을 감소시키는 개선된 SAW가 요구된다.

본 발명은 일반적으로 표면 탄성파(surface acoustic wave : SAW) 소자에 관한 것이다.

제1도는 종래 SAW 래더 필터의 도면.

제2는 제1도의 SAW 래더 필터에 대한 등가 회로 모델의 도면

제3도는 본 발명에 따른 SAW 소자의 도면.

제4도는 제3도의 SAW 소자에 대한 등가 회로 모델의 도면.

제5도는 본 발명에 따른 SAW 필터의 도면.

제6도는 본 발명에 따른 다른 SAW 필터의 도면.

제7도는 종래 SAW 트위스트 패어 구성의 도면.

제8도는 본 발명에 따른 다른 SAW 필터의 도면.

제9도는 본 발명에 따른 라디오 블록 다이어그램.

첨부 도면의 제3도 및 제4도에서는, 본 발명에 따른 SAW 소자(300) 및 상기 소자와 관련된 등가 회로 모델(400)이 도시되어 있다. 제3도는 압전 기판(301) 상에 배치되고, 공통 음향 트랙(308) 상에 결합된 2개의 직렬 트랜스듀서(series transducer)(302)(304) 및 제2음향 트랙(310) 상의 션트 트랜스듀서(306)를 포함하며 1, 2 및 3으로 표시된 상호 접속 노드가 있는 T 네트워크를 도시한다. 직렬 트랜스듀서(302)(304)는 주파수 fo에서 공진하여 동작하는 반면에, 션트 트랜스듀서(306)는 주파수 fo에서 반공진하여 동작한다. 여기서 fo는 주파수 통과 대역의 타겟 중심 주파수이다. 각 트랜스듀서 엘리먼트는 제1및 제2대향 전극 버스 바(312)(314)를 포함하고 상기 제1및 제2대향 전극 버스 바의 각각으로부터 확장하는 전극 핑거(electrode finger)(316)(318)를 포함한다. 또한 전극 버스 바는 단순히 전극으로서도 간주된다. 전극 핑거(316)(318)는 대향 전극(312)(314)로부터 확장되어서 인터디지테이트(interdigitate)된다. 2개의 인접한 트랜스듀서들(302)(304)간의 전기적 결합은(예를 들어, 와이어 본딩 또는 패턴 형성된 금속을 통해서) 제1트랜스듀서의 전극(314)을 제2트랜스듀서의 전극(321)과 전기적으로 접속함으로써 형성되며, 또 전기적 결합은 전극(322)에서 접속된 션트 트랜스듀서(306)에 의해 제어된다. 따라서 공통 음향 트랙(308)상의 인접 트랜스듀서들(302)(304)간에 음향적 결합이 형성된다. 직렬 트랜스듀서(302)(304)는 음향적으로 인접한 트랜스듀서간의 음향 위상 관계(acoustic phase relation)의 제어를 위해 거의 1/4λ(파장) 공간 또는 다른 음향 길이(acoustic length)에 의해 분리될 수 있다.

상기 언급된 바와 같이, 공통 음향 트랙(308) 상에 결합된 트랜스듀서(302)(304)는 fo에서 공진하여 동작하도록 동조되고 반면에 션트 트랜스듀서는 fo에서 반공진하여 동작하도록 동조된다. 공통 음향 트랙(308) 상의 직렬 트랜스듀서(302)(304) 간의 음향적 결합은 전극 핑거(316)(318)가 용이하게 제조될 수 있도록 거의 동일한 빔 폭 및 피치를 가질 수 있게 한다. 피치는 주어진 트랜스듀서의 동작의 주파수를 결정하며 핑거 간의 간격에 핑거 폭을 더한 값으로 정의된다. 빔폭은 인접 트랜스듀서 간의 음향적 결합의 양을 결정할 수 있으며 전극 버스 바(312)(314)자체는 제외한 전극 버스 바(312)(314)간의 간격으로서 정의된다. 제3도의 SAW 소자는 공통 음향 트랙 상의 트랜스듀서들을 상이한 주파수에서 동작하는 2개의 트랙과 결합시킨다는 사실은 음향적 결합 및 전기적 결합을 가지는 장점을 제공하면서도 트랜스듀서를 분리시키기 위해 스태거(stagger)해야 하는 결점이 없다.

제4도의 등가 회로 모델은 각각이 제3도의 트랜스듀서(302)(304)(306)에 상응하는 임피던스 엘리먼트(402)(404)(406)를 포함한다. 전기적 결합 및 음향적 결합이 임피던스 엘리먼트들(402)(404)사이에서 형성되는 반면에 전기적 결합이 임피던스 엘리먼트(406)를 사용하여 두 임피던스 엘리먼트(402)(404)에 형성된다. 전극(314)을 대향 전극(324)에 접속함으로써 제3도의 전기적 결합을 실현하고 출력을 전극(320)으로부터 취하는 경우 동일한 등가 회로가 얻어진다.

트랜스듀서 임피던스는 전극 핑거들간의 정적 커패시턴스(Co)와 기판 파라미터에 좌우된다. 인접 트랜스듀서 간의 음향적 결합은 2개의 결합된 인접 트랜스듀서에 의해 공유되는 음향 에너지의 양에 좌우된다. 트랜스듀서의 단부의 부근에서 활성화된 음향 에너지는 트랜스듀서가 다른 트랜스듀서에 의해 공유되도록 활성화 시킬 수 있으며 유일한 음향 에너지이다. 높은 결합 계수 물질에 대해서 내부 반사는 크며, 총 에너지의 많은 부분이 공진 트랜스듀서 내에 트랩(trapped)되도록 한다. 음향적 결합은 Co를 일정하게 유지하면서 트랜스듀서 내의 핑거의 개수와 빔폭을 교환함으로써, 전기적 결합과 독립적으로 조정될 수 있다. 이 부가적인 조정 가능한 결합은 SAW 소자(300) 내의 임피던스 레벨 스윙을 제한하고 결국에는 SAW 소자(300)를 구현하는 소자의 조정(tuning)에 대한 유연성을 제공하는데 사용될 수 있다.

제5도에 도시된 본 발명의제2실시예에서, 제3도에 도시된 SAW 소자를 변화시킴으로써 3-트랙 필터(500)가 설계된다. 3-트랙 음향 필터는 압전 기판(501)상에 배치된 3개의 션트 트랜스듀서(502)(504)(506), 4개의 직렬 트랜스듀서(508)(510)(512)(514), 및 6개의 반사기(516 내지 526)로 구성된다.

노드는 제1도의 노드와 유사하게 번호가 붙여지며, 노드 (1) 내지 (5) 및 등가 회로 모델은 제2도의 것과 동일하다. 종래 필터 내의 음향 트랙의 계수는 7에서 3으로 감소되고 또한 종래에 비해 반사기의 개수는 14개에서 6개로 감소된다. 이것을 실현하기 위해서, 제1도의 종래 기술 래더 설계의 유사 트랜스듀서들은 3개의 음향 트랙(530)(532)(534)으로 결합된다. 제5도에서, 트랜스듀서들 간의 상호 접속을 설명하기 위해 제1전극은 트랜스듀서의 톱(top), 전극으로 간주되며 제2전극은 바텀(bottom) 전극으로 간주될 것이다. 필터(500)의 입력은 트랜스듀서(508)의 제1전극(노드1)에 접속되며 필터의 출력은 트랜스듀서(514)의 제1전극 (노드5)에 접속된다. 트랜스듀서(508) 및 트랜스듀서(510)간의 전기적 결합은 각각의 제2전극을 션트 트랜스듀서(504)의 제1전극(노드2)에 접속함으로써 형성된다. 트랜스듀서(510)(512)의 제1전극은 션트 트랜스듀서(502)의 제2전극(노드3)에 전기적으로 결합된다. 트랜스듀서(512)(514)의 제2전극은 션트 트랜스듀서(506)의 제1전극(노드 4)에 전기적으로 결합된다. 이어서, 본 경우에서 트랙(532)에 한하여, 공통 트랙 상의 직렬 트랜스듀서 간에 음향적 결합이 발생한다. 음향 트랙(532) 상에서 직렬로 결합된 트랜스듀서는 공진 주파수에서 동작하도록 동조되는 반면 트랙(530)(534) 상의 트랜스듀서는 반공진 주파수에서 동작하도록 동조된다. 부가적인 음향적 결합은 공통 음향 트랙 상에서 전극 핑거의 빔 및 피치가 동일하게 되는 것을 가능하게 한다.

노드 1내지 노드 5를 통해서 만들어진 트랜스듀서에 대한 전기적인 접속은 양호하게는 압전 기판 상에 패턴 형성된 금속화(metallization)를 사용하여 구현되나, 와이어 본딩(wire bonding) 또는 플립 칩(flip chip) 같은 다른 기술들 또한 사용될 수 있다. 3-트랙 필터에 대한 시뮬레이션된 응답(simulated response)은 64 LiNbO₃를 사용했을때 42메가헤르츠(MHz)의 3dB 대역폭 및 1.7dB 삽입 손실을 갖는 것으로 나타난다.

본 발명에 의해 개시된 3-트랙 필터 설계는 트랜스듀서들이 하나의 음향 트랙을 공유할 경우에 발생하는 음향적 결합을 이용한다. 이 추가적인 결합은 종래 SAW 소자에 요구되었던 정밀한 임피던스에 대한 요구를 감소시키며 트랜스듀서의 빔 폭 및 피치의 설계의 유연성을 가능하게 한다. 결합된 3개 트랙 발명의 다른 장점은 서로 다른 트랜스듀서 피치의 필요한 개수가 4에서 3으로 감소된다는 것이다.

제6도에는 음향 트랙의 개수가 3에서 2로 감소된 본 발명의 제2실시예가 도시된다. SAW 필터(600)는 압전 기판(601) 상의 2개의 음향 경로(616)(618)로 장착된 4개의 직렬 인터디지털 트랜스듀서(602)(604)(606)(608) 및 3개의 션트 인터디지털 트랜스듀서(610)(612)(614)를 포함한다. 트랜스듀서들 간의 전기 상호 접속의 설명을 위하여, 각 트랜스듀서는 톱(top) 전극이 되는 제1전극 및 바텀(bottom) 전극이 되는 제2전극을 포함하는 것으로 한다. 필터(600)로의 입력은 트랜스듀서(602)의 제1전극(노드1)에 접속되는 반면에 필터의 출력은 트랜스듀서(608)의 제2전극(노드5)으로 접속된다. 트랜스듀서 간의 전기적 접속은 (예를 들어, 와이어 본딩 또는 다른 수단을 통해서) 트랜스듀서(602)의 제2전극을 인접 트랜스듀서(604)의 제1전극에 접속하고 또한 션트 트랜스듀서(610)의 제1전극(노드2)에 결합시켜 제3도의 SAW 소자와 유사한 T-네트워크를 형성함으로써 실현된다. 트랜스듀서(604)의 제2전극은 트랜스듀서(606)의 제1전극에 접속되며 또한 트랜스듀서(612)의 제1전극(노드3)에 접속된다. 트랜스듀서(606)의 제2전극은 트랜스듀서(608)의 제1전극 및 트랜스듀서(614)의 제1전극(노드4)에 접속된다. 트랜스듀서(610)(612)(614)의 제2전극은 모두 접지 전위에 접속된다. 반사기(620-626)는 음향 트랙(616)(618) 상의 단부(end) 트랜스듀서(602)(608)(610)(614)에 음향적으로 결합되어 이 단부 트랜스듀서들로부터 음향 에너지를 포획하고 반사시킨다. 2-트랙 필터는 제1도 및 제2도에 도시된 바와 같은 종래 필터의 등가 회로와 동일한 그러나, 트랙과 반사기의 수가 적은 등가 회로를 갖는 필터를 제공하기 위해, 전기적 결합뿐 아니라 음향적 결합도 이용한다.

동일 음향 경로 내의 트랜스듀서들은 동일 위상의 (in phase) 음향 에너지를 더함으로써(동기 전송) 또는 위상이 벗어난(out of phase) 음향 에너지를 부분적으로 소거함으로써(비동기 전송), 인접 트랜스듀서의 단부들로부터의 동기(coherent) 음향 에너지 전송 또는 부분(partial) 음향 전송을 실현한다. 본 발명에 의해 설명된 바와 같이, 2-트랙 필터는 4개의 반사기만을 가짐으로써 음향 손실을 감소시키며 필터의 삽입 손실을 최소화한다. 본 발명에 의해 설명된 2-트랙 SAW 필터의 장점은 각 공진기쌍 간의 상보적인 음향적 결합을 포함하며 따라서 모든 직렬 트랜스듀서에 대한 피치 및 빔 폭이 동일하게 되도록 하고 또한 모든 병렬 트랜스듀서에 대해서도 동일하게 되도록 한는 것을 가능하게 한다는 것이다. 2-트랙 설계에서는 필터 소자당 단지 2개의 피치 및 2개의 빔 폭만이 요구되며, 따라서 제조 공정을 단순화시킨다.

2-트랙 필터(600)는 2개의 음향적 결합이 전기적 결합이 요구되는 지점에서 만 발생한다는 점에서 3-트랙(500)과는 다르다. 이것은 션트 및 직렬 트랜스듀서에 대해서 마찬가지인다. 공통 음향 트랙의 단부에 반사기를 갖는 것으로 도시되고 설명되었지만, 트랙의 단부에서 음향 에너지가 유실되는 것을 고려한다면 SAW 필터(500)(600)는 반사기 없이도 설계될 수 있다.

2-트랙 필터(600)에 대한 션트 트랜스듀서가 공통 음향 트랙으로 결합된 경우, 각각의 직렬 트랜스듀서로부터의 전기 접속은 음향 경로(616)를 가로지를 필요가 있다. 이러한 접속은 1개 트랜스듀서의 전극 핑거의 금속화 패턴을 다음 인접 트랜스듀서의 대향 전극 핑거에 연결함으로서 실현될 수도 있다. 이것이 첨부된 도면의 제8도에 도시되어 있으며 제7도에 도시된 종래 트랜스듀서 쌍의 변형을 사용함으로써 실현될 수 있다. 종래 기술 트랜스듀서 쌍은 모든 다른 전극 핑거는 1/4λ로 유지한 채 3/4λ(파장) 폭을 사용하여 한 트랜스듀서의 마지막 전극 핑거를 인접 트랜스듀서의 첫번째 전극 핑거에 접속함으로서, 유사 트랜스듀서를 상호 접속시킨다.

제8도의 2-트랙 필터는 직렬 트랜스듀서 간의 전기 및 음향적 결합을 사용하지만, 그러나 션트 트랜스듀서는 T 네트워크에 대한 전기적 접속의 나머지를 제공하며 또한 인접 션트 트랜스듀서 간에 음향적 결합을 제공한다. 필터(800)에서, 직렬 트랜스듀서는 전기적 및 음향적으로 결합되며 공진 주파수에서 동작하는 반면에 션트 트랜스듀서는 음향적으로 결합되며 반공진 주파수에서 동작한다. 공통 음향 트랙 상의 음향적 결합의 사용은 하나의 음향 트랙이 공진 주파수에서 동작하고 반면에 다른 음향 트랙이 반공진 주파수에서 동작할 수 있게 한다. 제8도에 도시된 바와 같은 2-트랙 필터는 도시된 바와 같이 구현될 손실이 매우 낮은 필터가 싱글 플레인으로(in a single plain) 구현할 수 있게 한다. 제6도 및 제8도에 도시된 바와 같은 2-트랙 래더 필터는 음향 및 전기적 결합이 트랜스듀서 간에 함께 작용할 수 있도록 한다.

유사 트랜스듀서들을 공통 음향 트랙 상에 결합시키고 반사기의 개수와 그에 관련된 손실을 감소시킴으로서, SAW 필터의 총 삽입 손실은 감소된다. 11%의 결합 계수 k²를 갖는 64도(digree)의 LiNbO₃를 사용한 심뮬레이션 데이터는 42MHz의 3dB 밴드폭으로 850MHz에서 대략 1.7dB의 삽입 손실을 갖는 고성능 저손실 필터가 2개 트랙 설계로써 실현될 수 있다는 것을 보여준다. 더 넓은 밴드 폭 필터가 41도의 LiNbO₃와 같은 더 높은 결합 계수 재료를 사용함으로써 실현될 수 있다. 실험 데이터는 41도의 LiNbO₃의 기판을 사용하여 본 발명에 의해 설명된 바와 같이 3-트랙 구현으로서 설계된 SAW 필터는, 9.5%의 증가된 3dB 프랙셔널(fractional) 대역폭 및 33dB 대역외 저지(out of band rejection)를 갖는 2dB 이하의 삽입 손실을 갖는다는 것을 보여준다.

트랜스듀서가 길어질수록, 인접 음향 트랜스듀서에 결합된 총 음향 에너지의 퍼센트 비율은 더 적어진다. 따라서, 본 발명에 의해 설명된 바와 같은 2또는 3-트랙 설계는 고진 트랜스듀서 간에 음향 및 전기의 2개의 결합 형태를 가능하게 한다. 이러한 추가적인 결합 자유도의 정도는 직렬 트랜스듀서들이 동일한 핑거 피치 및 동일한 핑거 빔 폭으로 설계될 수 있게 하여서 제조의 관점에서 장점이 되게 한다. 공통 음향 트랙 상에 배치된 션트 트랜스듀서들 또한 공통 트랙을 통하여 동일한 핑거 피치 및 동일한 빔 폭을 가지도록 설계할 수 있다. 상기 언급된 바와 같이, 음향적 결합은 트랜스듀서 내의 핑거의 개수와 빔 폭을 교환함으로써 전기적 결합과 독립적으로 조정될 수 있다.

제9도에서, 본 발명에 의해 상술된 바와 같은 SAW 소자를 사용하는 휴대용 양방향 라디오(900)등의 통신 소자의 블록 다이어그램이 도시되어 있다. 라디오(900)는 종래의 안테나 스위치 또는 듀플렉서의 형태를 갖는 안테나 스위치(912)를 통해서 안테나(914)에 선택적으로 결합된 송신기(906) 및 수신기(908)를 포함한다. 수신기(906) 및 송신기(908)는 제어 소프트웨어를 저장하고 실행하는 제어기(902)의 제어 하에 있다.

스피커(904)는 라디오 사용자에게 나타날 음성을 제공하기 위해 수신기(906)에 결합되어 있다. 반면에, 마이크로폰(910)은 사용자의 음성을 송신기(908)에 사용할 수 있는 전기 신호로 변환하기 위해 송신기(908)로 결합된다. 본 발명은 통신 신호의 처리에 대해 SAW 기술을 활용하려 한다.

수신기(906)에서, 수신 신호는 수신기(906)에 대한 선택도를 제공하기 위해 본 발명에 의해 설명된 것과 같은 토폴로지(topology)를 사용하는 SAW 대역 통과 필터를 포함하는 필터(도시 생략)로 인가된다. 비록 수신기에 사용되는 것으로써 설명되었으나, 본 발명에 의해 상술된 바와 같이 SAW 필터는 송신기 체인(chain)에도 또한 사용될 수 있다.

공통 음향 트랙 상의 유사 트랜스듀서들을 음향적으로 결합시킴으로써 반사기의 개수가 관련 손실과 함께 감소되며 동시에 그렇지 않으면 트랜스듀서 간에 유실될 수 있는 음향 에너지를 효율적으로 활용한다. 그 결과 SAW 소자가 종래의 래더 또는 논-래더 SAW 필터 보다 더 낮은 손실을 제공하는 필터로서 사용될 수 있게 한다. 더욱 넓은 대역폭 필터가 본 발명에 의해 상술된 음향적 결합을 부가함으로서 더욱 큰 조정 유연성(tuning flexibility)을 가지고 실현될 수 있다. 본 발명에 의해 상술된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 잇점은 반사기의 개수의 감소 및 트랜스듀서를 스태거링할 필요성의 제거로 인하여 압전 기판 상에 필요한 표면적이 감소된다는 것이다.

Claims

중심 주파수가 fo인 주파수 통과 대역에 걸쳐서 동작하는 표면 탄성파(SAW) 소자에 있어서, 제1및 제2음향 트랙을 갖는 압전 기판과; 상기 제1음향 트랙상에 배치된 제1인터디지털 트랜스듀서(interdigital transducer)와; 상기 제1음향 트랙상에 배치되고, 상기 제1인터디지털 트랜스듀서에 직렬로 전기적 및 음향적 결합되어서 직렬 노드 접속부(a series nodal connection)를 형성하는 제2인터디지털 트랜스듀서와; 상기 제2음향 트랙상에 배치되고, 상기 직렬 노드 접속부에 전기적 결합되고 또한 접지 전위로 션트(shunted)된 제3인터디지털 트랜스듀서를 포함하되, 상기 제1및 제2인터디지털 트랜스듀서는 상기 통과 대역 중심 주파수 fO에서 공진 상태에서 동작하도록 독립적으로 전기적 및 음향적 동조되고 반면에 상기 션트 트랜스듀서는 상기 통과 대역 중심 주파수 fO에서 반공진 상태(antiresonance)에서 동작하도록 독립적으로 전기적 동조 되는 표면 탄성파 소자.
중심 주파수가 fO인 주파수 통과 대역에 걸쳐서 동작하는 표면탄성파 필터에 있어서, 다수의 음향 트랙을 갖는 압전 기판과; 상기 음향 트랙들 중 한 트랙상에 직렬로 전기적 및 음향적 결합되어서, fO에서 공진 주파수로 동작하는 직렬 접속 트랜스듀서를 형성하는 다수의 트랜스듀서와; 적어도 하나의 다른 음향 트랙상에서 상기 각각의 직렬 접속 트랜스듀서들사이에 접지 전위로 각각 전기적 결합되고, fO에서 반공진 주파수로 동작하는 다수의 션트 트랜스듀서를 포함하되, 상기 음향적 결합 및 전기적 결합은 상기 SAW 필터의 대역폭 및 삽입 손실을 제어하도록 독립적으로 동조되는 표면 탄성파(SAW)필터.
제2항에 있어서, 상기 음향 트랙들은 제1및 제2단부를 가지며, 상기 음향 트랙들의 상기 제1및 제2단부에서 상기 다수의 트랜스듀서에 음향적으로 결합된 반사기를 더 포함하는 표면 탄성파 필터.
중심 주파수가 fO인 소정의 주파수 통과 대역에 걸쳐서 동작하는 표면탄성파 필터에 있어서, 음향 트랙을 갖는 압전 기판과; 하나의 공통의 음향 트랙상에 직렬로 전기적 및 음향적 결합되어, 인접한 직렬 결합된 인터디지털 트랜스듀서들간에 직렬 노드 접속부를 형성하고, 각각의 직렬 결합 트랜스듀서는 상기 통과 대역내의 fO에서 동일한 공진 주파수로 동작하는 다수의 인터디지털 트랜스듀서와; 적어도 하나의 다른 음향 트랙상에서 한 직렬 노드 접속부에 각각 전기적으로 결합되고, 각각이 상기 통과 대역 내의 fO에서 동일한 반공진 주파수로 동작하는 다수의 션트 인터디지털 트랜스듀서를 포함하되, 상기 전기적 결합 및 음향적 결합은 상기 소정의 주파수 통과 대역을 조정하도록 독립적으로 제어되는 표면 탄성파 필터.
제4항에 있어서, 상기 각각의 직렬 인터디지털 트랜스듀서는 피치 및 빔 폭을 가지며, 상기 공통 음향 트랙상의 상기 모든 직렬 인터디지털 트랜스듀서는 실질적으로 동일한 피치 및 실질적으로 동일한 빔 폭을 갖는 표면 탄성파 필터.
제5항에 있어서, 상기 각각의 션트 인터디지털 트랜스듀서는 피치 및 빔 폭을 가지며, 어떤 주어진 음향 트랙상의 상기 션트 인터디지털 트랜스듀서들은 실질적으로 동일한 피치 및 실질적으로 동일한 빔 폭을 갖는 표면 탄성파 필터.
제6항에 있어서, 상기 음향적 결합은 상기 인접 직렬 및 인접 션트 인터디지털 트랜스듀서의 빔 폭을 변화시킴으로써 제어되는 표면 탄성파 필터.
제4항에 있어서, 상기 직렬 트랜스듀서들간의 상기 직렬 노드 접속부는 하나의 음향 트랙상의 직렬 트랜스듀서 사이의 대향 전극들을 접속함으로써 형성되고, 상기 션트 트랜스듀서에 대한 상기 전기적 결합은 상기 직렬 노드 접속부를 제2음향 트랙상의 상기 션트 트랜스듀서의 제1전극에 접속하고 상기 션트 트랜스듀서의 상기 제2전극은 접지 전위에 접속함으로써 형성되는 표면 탄성파 필터.
제4항에 있어서, 상기 직렬 트랜스듀서들간의 직렬 노드 접속부는 한 트랜스듀서의 제1전극을 인접 트랜스듀서의 제1전극에 접속함으로써 형성되고, 다음 직렬 노드 접속부는 상기 인접 트랜스듀서의 제2전극을 다음 인접 트랜스듀서의 제2전극으로 접속하고, 계속적으로 이러한 접속을 상기 음향 트랙을 통하여 변경함으로서 형성되며, 상기 션트 트랜스듀서들에 대한 상기 전기적 결합은 상기 직렬 노드 접속부들 각각을 2개의 음향 트랙상에 배치된 상기 션트 트랜스듀서들의 상기 각 전극에 접속함으로서 형성되는 표면 탄성파 필터.
인터디지털 트랜스듀서들과 음향 트랙들을 갖는 표면 탄성파 필터의 삽입 손실을 감소시키는 방법에 있어서, 중심 주파수 fO를 갖는 주파수 통과 대역을 결정하는 단계와; 인접 직렬 트랜스듀서들을 형성하기 위해 하나의 공통 음향 트랙상에 직렬로 상기 인터디지털 트랜스듀서들을 전기적 및 음향적 결합시키는 단계와; 인접 션트 트랜스듀서를 형성하기 위해 적어도 하나의 다른 공통 음향 트랙상에 상기 직렬 접속부 사이에 션트 트랜스듀서들을 전기적으로 결합시키는 단계와; fO에서 직렬 공진을 하도록 상기 직렬 트랜스듀서들을 독립적으로 전기 및 음향 동조시키는 단계와; fO에서 반공진을 하도록 상기 션트 트랜스듀서들을 독립적으로 전기 및 음향 동조시키는 단계와; 상기 인접 직렬 트랜스듀서들사이에서 음향 에너지를 이동시키는 단계와; 상기 인접 션트 트랜스듀서들사이에서 음향 에너지를 이동시키는 단계를 포함하는 표면 탄성파 필터의 삽입 손실 감소 방법.