KR100593940B1 - 이중 모드 표면 탄성파 필터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 통과대역내의 신호 삽입 손실을 최소화하면서 통과대역외의 신호에 대한 감쇄비를 최대로 할 수 있는 이중 모드 표면탄성파 필터에 관한 것으로서, 그 구성은 상호 동일한 대역에 대한 통과 특성을 갖으며 전기적으로 병렬로 연결되는 제1,2 트랙 필터; 상기 제1트랙 필터와 역상으로 형성되어, 제1 트랙 필터에 전기적으로 직렬로 연결되는 제3 트랙 필터; 및 상기 제2 트랙 필터와 역상으로 형성되어, 제2 트랙 필터에 전기적으로 직렬로 연결되는 제4 트랙 필터로 이루어진다.

표면탄성파 필터, 이중모드(DMS; Double Mode System), 1.3 모드, 삽입 손실, 감쇄비

Description

이중 모드 표면 탄성파 필터{Double mode surface acoustic wave filter}

도 1은 종래의 이중 모드 표면 탄성파 필터의 일예를 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명에 의한 이중 모드 표면 탄성파 필터의 실시예를 나타낸 도면이다.

도 3은 도 2에 보인 이중 모드 표면 탄성파 필터의 주파수별 감쇄특성을 보인 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

110, 120, 130, 140 : 제1~제4 트랙 필터

111, 121, 131, 141 : 제1 IDT 전극

112, 113, 122, 123, 132, 133, 142,143 : 제2 IDT 전극

114, 124, 134, 144 : 반사전극

본 발명은 이중 모드(Double mode system)로 구현된 표면탄성파 필터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 통과대역내의 신호 삽입 손실을 최소화하면서 통과대역외의 신호에 대한 감쇄비를 최대로 할 수 있는 이중 모드 표면탄성파 필터에 관한 것이다.

표면탄성파 필터는 절연성이 높은 기판 위에 금속전극을 만들고 전압을 걸어, 일시적으로 기판의 표면이 일그러지는 현상을 이용하여 일정한 주파수의 신호를 통과시키는 소자이다.

이런 표면탄성파 필터는 고성능이고, 소형화 및 대량 생산이 가능하다는 장점을 갖고 있어 송수신기장치를 포함한 다양한 분야에서 이용되고 있다.

표면탄성파 필터의 동작 특성(통과대역폭, 중심주파수, 대역내 삽입 손실, 통과대역외 신호에 대한 감쇄비등)은 상기 절연성의 기판상에 형성되는 금속 전극의 형상 및 구조에 의하여 결정되며, 상기의 금속 전극은 빗살 모양의 두 전극패턴이 교차하여 배치되는 형태로 이루어지며, 이러한 기본 형태의 쏘필터 전극을 IDT(Interdigit transceducer)라 하며, 공진기의 배치 형태에 따라서 래더(ladder) 타입과 이중모드(DMS; Double Mode System) 타입으로 구분된다.

상기 DMS 타입은 두 개의 반사전극 사이에 둘 이상의 IDT를 표면탄성파의 진행방향으로 평행하게 배치한 것으로서, 반사 전극의 사이에서 2 모드의 공진이 발생하는 것이다. 여기서, 반사전극 내에 두 개의 IDT를 배치하여 1차 공진모드와 2 차 공진모드를 발생시키는 구조를 1.2 모드 DMS 라 하고, 반사전극내에 세 개의 IDT를 평행하게 배치하여, 1차 공진모드와 3차 공진모드를 발생시키는 구조를 1.3 모드 DMS 라 한다.

이런 DMS 타입의 표면탄성파 필터의 경우, 동작 특성의 개선을 위하여, 2개의 DMS 구조를 종/횡 결합시켜 이용하고 있다. 이하에서, 한 쌍의 반사전극 및 복수의 IDT로 이루어진 하나의 DMS 구조를 트랙(track) 필터라 부른다.

도 1은 2 트랙 필터를 종결합한 종래의 표면탄성파 필터의 예를 보인다.

상기 도 1에 도시된, 해당 표면탄성파 필터는 입력단(input)에 연결되는 제1 트랙 필터(10)와, 상기 제1 트랙필터(10)에 직렬로 연결되고 출력단(output)에 연결되는 제2트랙필터(20)로 이루어진다.

상기 제1 트랙 필터(10)와 제2 트랙 필터(20)는 각각 제1 IDT 전극(11,21)과, 상기 제1 IDT 전극(11,21)의 양측에 평행하게 배치되는 한 쌍의 제2 IDT 전극(12,13,22,23)과, 상기 제1,2 IDT 전극(11~13,21~23)에서 발생된 표면탄성파의 진행 방향 양단에 각각 배치되는 한 쌍의 반사전극(14,24)로 이루어지며, 상기 제1 트랙필터(10)의 제2 IDT 전극(12,13)과 제2 트랙필터(21)의 제2 IDT 전극(22,23)은 서로 연결되고, 상기 제1 트랙 필터(10)와 제2트랙필터(20)는 각각 입력단(input)과 출력단(output1,output2)에 나누어 연결된다. 상기 제1 트랙 필터(10)와 제2트랙필터(20)는 전기적으로 직렬 연결되어 있다. 이때, 상기 제1 트랙 필터(10)와 제 2트랙필터(20)는 상호 역상으로 형성된다.

상기 도 1의 경우, 제1 트랙 필터(10)의 제1 IDT 전극(11)이 입력단(input)에 연결되고, 제2 트랙 필터(20)의 제1 IDT 전극(21)이 출력단(output1,output2)에 연결되었다.

상술한 바와 같이, 2개의 트랙(10,20)을 직렬로 연결하여 구성할 경우, 하나의 트랙만으로 구현되는 DMS 타입의 표면탄성파 필터와 대비할 때, 통과대역외 신호에 대한 감쇄비가 2 배 이상 향상된다.

그런데, 상술한 구조의 경우, 직렬연결로 인하여 임피던스 특성이 2배가 되어, 통과대역내 신호에 대한 삽입 손실까지 2배로 커지게 된다.

따라서, 감쇄특성을 만족시킬 수 있으나, 신호 삽입 손실특성이 저하된다는 문제점이 있다.

실제로 상기 도 1에 보인 구조로 구현된 표면탄성파 필터에 있어서, 1.7dB 이하의 삽입 손실을 얻기는 어려웠다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 통과대역내의 신호 삽입 손실을 최소화하면서 통과대역외의 신호에 대한 감쇄비를 최대로 할 수 있는 이중 모드 표면탄성파 필터를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명은 상호 동일한 대역에 대한 통과 특성을 갖으며 전기적으로 병렬로 연결되는 제1,2 트랙 필터; 상기 제1트랙 필터와 역상으로 형성되어, 제1 트랙 필터에 전기적으로 직렬로 연결되는 제3 트랙 필터; 및 상기 제2 트랙 필터와 역상으로 형성되어, 제2 트랙 필터에 전기적으로 직렬로 연결되는 제4 트랙 필터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중 모드 표면 탄성파 필터를 제공한다.

상기 본 발명에 의한 이중 모드 표면 탄성파 필터에 있어서, 상기 제1 ~ 제4 트랙 필터는 1차 공진모드와 3차 공진모드를 갖는 1.3 모드 DMS 타입으로, 각각 제1 IDT 전극과, 상기 제1 IDT 전극의 표면탄성파 진행방향으로 양측에 평행하게 배치되는 한쌍의 제2 IDT 전극; 및 상기 제2 IDT 전극의 표면 탄성파 진행방향으로 외측에 배치되는 한 쌍의 반사전극을 포함하여 이루어진다.

또한, 본 발명에 의한 이중 모드 표면 탄성파 필터에 있어서, 상기 제1 트랙 필터의 제2 IDT 전극과, 상기 제3 트랙 필터의 제2 IDT 전극이 전기적으로 직렬로 연결되며, 상기 제2 트랙 필터의 제2 IDT 전극과, 상기 제4 트랙 필터의 제4 IDT 전극이 전기적으로 직렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 이중 모드 표면 탄성파 필터에 있어서, 상기 제1,2트 랙필터의 제1 IDT 전극에 동시에 전기적으로 연결되는 입력단; 및 상기 제3,4트랙필터의 제1 IDT 전극에 각각 전기적으로 연결되는 한 쌍의 출력단을 더 포함한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 이중 모드 표면탄성파 필터에 대하여 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 이중 모드 표면탄성파 필터의 실시예를 보인 것이다.

상기 도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 이중 모드 표면 탄성파 필터는, 입력단(input)에 전기적으로 병렬로 연결되는 제1,2 트랙 필터(110,120)와, 상기 제1,2 트랙필터(110,120)에 각각 전기적으로 직렬로 연결되고 출력단(output1,2)에 연결되는 제3,4 트랙필터(130,140)로 이루어진다. 이때, 상기 제1 트랙 필터(110)와 제3 트랙 필터(130)는 상호 역상으로 배치되며, 상기 제2 트랙 필터(120)와 제4 트랙 필터(140)도 상호 역상으로 배치된다.

상기 제1 트랙 필터(110)와 제2 트랙 필터(120)는 동일한 동작 특성을 나타내고, 상기 제3 트랙 필터(130)는 제4 트랙 필터(140)와 동일한 동작 특성을 나타낸다. 다만, 상기 대응되는 제1,2 트랙 필터(110),(120), 제3,4 트랙 필터(130)(140)에 구비된 IDT 전극의 전극지 갯수, 전극지 배치 구조에 있어서 다소 차이가 있을 수 있지만, 이는 특성의 조절을 위한 것일뿐이다.

따라서, 본 발명에 의한 이중 모드 표면탄성파 필터는 도 1에 도시한 종래의 종결합된 2 트랙 DMS 타입 필터, 두 개를 병렬로 연결한 구조를 갖는다.

구체적으로, 상기 제1~제4 트랙 필터(110~140)는 1.3 모드 DMS 구조로 이루어진 것으로서, 제1 IDT 전극(111,121,131,141)과, 상기 제1 IDT 전극(111,121,131,141)의 표면탄성파 진행방향으로 양측에 평행하게 배치되는 한쌍의 제2 IDT 전극(112,113,122,123,132,133,142,143)과, 상기 제2 IDT 전극(112,113,122,123,132,133,142,143)의 표면 탄성파 진행방향으로 외측에 배치되는 한 쌍의 반사전극(114,124,134,144)을 구비한다.

그리고, 상기 제1 트랙 필터(110)의 제2 IDT 전극(112,113)과 제3 트랙 필터(130)의 제2 IDT 전극(132,133)은 전기적으로 직렬로 연결되고, 상기 제2 트랙 필터(110)의 제2 IDT 전극(122,123)와 제4 트랙 필터(140)의 제2 IDT 전극(142,143)이 전기적으로 직렬로 연결된다.

일반적으로 표면탄성파 필터에 있어서, IDT 전극과 입출력단간의 연결 구조는 필터의 종류에 따라서 달라질 수 있으며, 상기 도 3에 보인 실시예는 평형-불평형 구조의 대역통과필터로서, 하나의 입력단(input)과 두 개의 출력단(output1,2)을 구비한 것으로서, 상기 입력단(input)은 제1,2 트랙 필터(110,120)의 제1 IDT 전극(111,121)에 동시에 연결되고, 상기 두 출력단(output1, output2)은 제3 트랙 필터(130)의 제1 IDT 전극(131)과, 제4 트랙 필터(140)의 제1 IDT 전극(141)에 각각 연결된다.

상기에서, 전기적으로 병렬로 배치되는 제1,2 트랙 필터(110),(120)의 사이에 위치한 반사전극(114,124)과, 제3,4 트랙 필터(130),(140)의 사이에 위치한 반사전극(134,144)은 병렬 배치되는 양측 트랙 필터의 주파수 특성이 동일하므로 하 나로 구현될 수 있다.

상기 구성으로 이루어진 표면 탄성파 필터의 경우, 제1,3 트랙 필터(110,130)와, 제2,4 트랙 필터(120,140)가 전기적으로 병렬로 결합되기 때문에, 상기 제1~제4 트랙 필터(110~140)의 전극지 길이에 해당되는 어퍼처(aperture)의 크기가 1/2로 감소시킬 수 있으며, 더불어 통과대역의 신호에 대한 삽입손실을 최대한 줄일 수 있다.

더 구체적으로 설명하면, 상기 입력단(input)으로 인가된 전기신호는 제1 트랙 필터(110)와 제2 트랙필터(120)에 동시에 인가된다. 회로 설계에 있어서, 총 임피던스 특성은 병렬 결합되는 경우 감소되는 경향이 있다. 따라서, 상기 제1,2 트랙 필터(110,120)의 병렬 연결로 인하여 전체 임피던스 특성이 감소되며, 그 결과 통과대역내 신호에 대한 삽입손실을 도 1에 비하여 감소시킬 수 있다.

더불어, 상기 입력단(input)으로 입력된 전기신호는 제1,2 트랙 필터(110,120)를 통과하면서 통과대역외 신호가 1차적으로 감쇄되며, 상기 제1,2 트랙 필터(110,120)를 통과한 신호가 다시 제3,4 트랙필터(130,140)를 통과하면서, 통과대역외 신호가 2차로 다시 감쇄된다.

상기에서, 제1,2 트랙 필터(110,120)와 제3,4 트랙필터(130,140)의 통과대역 및 대역외 감쇄특성이 동일하면, 상기 출력단(output1,2)로 출력되는 전기신호중 상기 설정된 통과대역외 신호의 크기는 상기 트랙 필터(110~140)의 감쇄비의 2배만큼 감쇄된다.

따라서, 상술한 바와 같이, 4개의 트랙 필터(110~140)를 전기적으로 직병렬 연결시키는 경우, 대역외 신호에 대한 감쇄비는 도 1에 보인 종결합된 DMS 타입의 표면탄성파 필터만큼 최대로 유지시키면서, 대역내 신호에 대한 삽입손실은 도 1에 보인 종래 구조에 비하여 감소시킬 수 있게 된다. 결과적으로, 최대한의 감쇄특성과 최소의 삽입손실 특성을 동시에 만족시킬 수 있다.

도 3은 869~894MHz를 통과 대역으로 갖는 표면탄성파 필터를 도 1에 보인 종래의 구조와, 도 2에 보인 본 발명에 따른 구조로 각각 구현한 후, 그 주파수 별 감쇄 특성을 측정하여 나타낸 그래프이다.

상기 도 3의 그래프를 비교하면, 본 발명에 의한 표면탄성파 필터의 경우, 도 1에 보인 종래의 표면탄성파 필터와 대역 통과특성, 대역외 감쇄특성등에서는 거의 동일한 결과를 나타내면서, 특히 통과대역 신호에 대한 삽입손실은 더 개선됨을 알 수 있다.

상기 도 3에 보인 그래프에서, 도 1의 구조와, 본 발명에 의한 구조에서의 삽입손실 및 감쇄비를 수치로 비교하면 다음의 표 1과 같이 나타난다.

	삽입 손실 869~894 MHz	감쇄비
		824~849 MHz	915~960 MHz
2 트랙 DMS 표면탄성파 필터(도 1)	1.7dB	35 dB	25 dB
본 발명(도 2)	1.5dB	35 dB	25 dB

즉, 본 발명에 의한 표면탄성파 필터의 경우, 다른 특성(특히, 대역외 감쇄특성)을 저하시키지 않으면서, 통과대역 신호에 대한 삽입손실을 1.5dB까지 낮출 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 표면탄성파 필터는, 대역외 신호에 대해서는 최대의 감쇄특성을 제공하고, 대역외 신호에 대해서는 최소의 삽입손실을 제공할 수 있으며, 그 결과 가장 이상적인 표면탄성파 필터를 제공할 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.

Claims (5)

1. 상호 동일한 대역에 대한 통과 특성을 갖으며 전기적으로 병렬로 연결되는 제1,2 트랙 필터;

   상기 제1트랙 필터와 역상으로 형성되어, 제1 트랙 필터에 전기적으로 직렬로 연결되는 제3 트랙 필터; 및

   상기 제2 트랙 필터와 역상으로 형성되어, 제2 트랙 필터에 전기적으로 직렬로 연결되는 제4 트랙 필터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중 모드 표면 탄성파 필터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 ~ 제4 트랙 필터는 1차 공진모드와 3차 공진모드를 갖는 1.3 모드 DMS 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 이중 모드 표면 탄성파 필터.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 ~ 제4 트랙 필터는 각각

   제1 IDT 전극과,

   상기 제1 IDT 전극의 표면탄성파 진행방향으로 양측에 평행하게 배치되는 한쌍의 제2 IDT 전극; 및

   상기 제2 IDT 전극의 표면 탄성파 진행방향으로 외측에 배치되는 한 쌍의 반사전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 모드 표면 탄성파 필터.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 제1 트랙 필터의 제2 IDT 전극과, 상기 제3 트랙 필터의 제2 IDT 전극이 전기적으로 직렬로 연결되며,

   상기 제2 트랙 필터의 제2 IDT 전극과, 상기 제4 트랙 필터의 제4 IDT 전극이 전기적으로 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 이중 모드 표면 탄성파 필터.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1,2트랙필터의 제1 IDT 전극에 동시에 전기적으로 연결되는 입력단; 및

   상기 제3,4트랙필터의 제1 IDT 전극에 각각 전기적으로 연결되는 한 쌍의 출력단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 모드 표면 탄성파 필터.

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