KR102254688B1 - 멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치 - Google Patents
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Abstract
주파수 대역이 낮은 대역통과형 필터의 영향에 의해, 주파수 대역이 높은 대역통과형 필터의 필터 특성이 열화되기 어려운 멀티플렉서를 제공한다.
공통 단자와, 공통 단자에 접속되어 있고 제1 통과대역을 가지는 제1 대역통과형 필터와, 공통 단자에 접속되어 있고 제1 통과대역보다도 주파수가 높은 제2 통과대역을 가지는 제2 대역통과형 필터를 포함하고, 제1 대역통과형 필터가 지지기판(12)과 지지기판(12) 상에 적층된 압전체(13)와, 압전체(13) 상에 마련된 IDT전극(14)을 포함하는 탄성파 장치(11)를 가지며, 압전체(13)는 니오브산리튬이고, 탄성파 장치(11)가 레일리파를 이용하고 있는, 멀티플렉서.
공통 단자와, 공통 단자에 접속되어 있고 제1 통과대역을 가지는 제1 대역통과형 필터와, 공통 단자에 접속되어 있고 제1 통과대역보다도 주파수가 높은 제2 통과대역을 가지는 제2 대역통과형 필터를 포함하고, 제1 대역통과형 필터가 지지기판(12)과 지지기판(12) 상에 적층된 압전체(13)와, 압전체(13) 상에 마련된 IDT전극(14)을 포함하는 탄성파 장치(11)를 가지며, 압전체(13)는 니오브산리튬이고, 탄성파 장치(11)가 레일리파를 이용하고 있는, 멀티플렉서.
Description
본 발명은, 안테나 단자에 복수개의 대역통과형 필터가 접속되어 있는 멀티플렉서, 및 상기 멀티플렉서를 포함하는 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치에 관한 것이다.
하기 특허문헌 1, 2에는 공진자나 대역통과형 필터로 이용되는 탄성파 장치가 개시되어 있다.
하기 특허문헌 1, 2의 탄성파 장치에서는 고음속 지지기판 상에 저음속막, 압전막 및 IDT 전극이 이 순서로 적층되어 있다. 상기 고음속 지지기판은, 전파하는 벌크파의 음속이 압전막을 전파하는 탄성파의 음속보다도 높은 고음속 재료로 이루어진다. 상기 저음속막은 전파하는 벌크파의 음속이 압전막을 전파하는 탄성파의 음속보다도 낮은 저음속 재료로 이루어진다. 한편, 특허문헌 2의 탄성파 장치에서는 압전막이 니오브산리튬막(LiNbO3막)이고, SH파를 메인모드로 이용하고 있다.
그러나 특허문헌 1, 2와 같은 탄성파 장치에서는 메인모드의 주파수보다도 고주파수 측에 고차 모드나 벌크 방사에 의한 큰 스퓨리어스(spurious)가 발생하는 경우가 있었다. 그로 인해, 특허문헌 1, 2의 탄성파 장치를 캐리어 어그리게이션 등의 복수개의 주파수 대역을 사용하는 통신 시스템용 멀티플렉서에 이용한 경우, 필터 특성에 악영향을 끼치는 경우가 있었다. 예를 들면, 2개의 대역통과형 필터가 공통 접속되어 있는 멀티플렉서에 이용한 경우, 주파수 대역이 낮은 한쪽의 대역통과형 필터에 의한 스퓨리어스가, 주파수 대역이 높은 다른 쪽의 대역통과형 필터의 통과대역 내에 위치하는 경우가 있었다. 그 경우, 다른 쪽의 대역통과형 필터의 필터 특성이 열화(劣化)된다.
본 발명의 목적은, 주파수 대역이 낮은 대역통과형 필터의 영향에 의해 주파수 대역이 높은 대역통과형 필터의 필터 특성이 열화되기 어려운 멀티플렉서, 상기 멀티플렉서를 이용한 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따른 멀티플렉서는, 공통 단자와 상기 공통 단자에 접속되며, 제1 통과대역을 가지는 제1 대역통과형 필터와, 상기 공통 단자에 접속되며, 상기 제1 통과대역보다도 주파수가 높은 제2 통과대역을 가지는 제2 대역통과형 필터를 포함하고, 상기 제1 대역통과형 필터가 지지기판과 상기 지지기판 상에 적층된 압전체와, 상기 압전체 상에 마련된 IDT전극을 포함하는 탄성파 장치를 가지며, 상기 압전체는 니오브산리튬으로 구성되며, 상기 탄성파 장치가 레일리파를 이용하고 있다.
본 발명에 따른 멀티플렉서의 어느 특정한 국면에서는 상기 압전체의 오일러 각(φ, θ, ψ)이, (0°±5°, θ, 0°±10°)의 범위 내이며, 상기 오일러 각에서의 θ가 30° 이상, 38° 이하이다. 이 경우에는 메인모드의 공진주파수보다 저주파수 측에서의 스퓨리어스를 한층 더 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 멀티플렉서의 다른 특정한 국면에서는 상기 압전체의 막두께는, 상기 IDT전극의 전극지(電極指) 피치로 정해지는 파장을 λ로 했을 때, 0.1λ 이상, 1.0λ 이하이다.
본 발명에 따른 멀티플렉서의 또 다른 특정한 국면에서는 상기 지지기판과 상기 압전체 사이에 마련되며, 전파하는 벌크파의 음속이 상기 압전체를 전파하는 탄성파의 음속보다도 낮은 저음속 재료로 이루어지는 저음속 재료층을 더 포함한다. 이 경우에는 지지기판으로 에너지가 스며 나오는 것을 억제할 수 있기 때문에, 탄성파를 압전체 내에 효과적으로 가둘 수 있다.
본 발명에 따른 멀티플렉서의 또 다른 특정한 국면에서는 상기 지지기판을 전파하는 벌크파의 음속이 상기 압전체를 전파하는 탄성파의 음속보다도 높다. 이 경우에는 지지기판으로 에너지가 스며 나오는 것을 억제할 수 있기 때문에, 탄성파를 압전체 내에 효과적으로 가둘 수 있다.
본 발명에 따른 멀티플렉서의 또 다른 특정한 국면에서는 상기 지지기판과 상기 저음속 재료층 사이에 마련되며, 전파하는 벌크파의 음속이 상기 압전체를 전파하는 탄성파의 음속보다도 높은 고음속 재료로 이루어지는 고음속 재료층을 더 포함한다. 이 경우에는 지지기판으로 에너지가 스며 나오는 것을 억제할 수 있기 때문에, 탄성파를 압전체 내에 효과적으로 가둘 수 있다.
본 발명에 따른 멀티플렉서의 또 다른 특정한 국면에서는 상기 IDT전극이 Pt, Al, Cu, Mo, Au, 및 이들 금속을 포함하는 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종이다. 이 경우에는 IDT전극의 저항 상승을 최대한 억제할 수 있기 때문에, 주파수 대역이 높은 대역통과형 필터의 필터 특성이 한층 더 열화되기 어렵다.
본 발명에 따른 멀티플렉서의 또 다른 특정한 국면에서는 상기 지지기판이 질화알루미늄, 산화알루미늄, 탄화규소, 질화규소, 실리콘, 사파이어, 리튬탄탈레이트, 리튬니오베이트, 수정, 알루미나, 지르코니아, 코디에라이트, 멀라이트, 스테타이트, 포스테라이트, 마그네시아, 다이아몬드, 또는 이들 재료를 주성분으로 하는 재료에 의해 구성된다.
본 발명에 따른 멀티플렉서의 또 다른 특정한 국면에서는 상기 IDT전극의 두께가, 상기 IDT전극의 전극지 피치로 정해지는 파장을 λ로 했을 때, 0.02λ 이상이다. 이 경우에는 IDT전극의 저항에 의한 손실의 영향을 경감할 수 있으므로, 주파수 대역이 높은 대역통과형 필터의 필터 특성이 한층 더 열화되기 어렵다.
본 발명에 따른 멀티플렉서의 또 다른 특정한 국면에서는 상기 IDT전극의 두께가, 상기 IDT전극의 전극지 피치로 정해지는 파장을 λ로 했을 때, 0.1λ 이하이다.
본 발명에 따른 멀티플렉서는 캐리어 어그리게이션에 이용해도 된다.
본 발명에 따른 고주파 프론트 엔드 회로는 본 발명에 따라 구성되는 멀티플렉서와 파워앰프를 포함한다.
본 발명에 따른 통신 장치는 본 발명에 따라 구성되는 고주파 프론트 엔드 회로와, RF신호 처리 회로를 포함한다.
본 발명에 의하면, 주파수 대역이 낮은 대역통과형 필터의 영향에 의해, 주파수 대역이 높은 대역통과형 필터의 필터 특성이 열화되기 어려운 멀티플렉서를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 멀티플렉서를 설명하기 위한 회로도이다.
도 2는, 도 2(a)는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 멀티플렉서에서의 제1 대역통과형 필터를 구성하는 탄성파 장치의 모식적 단면도이며, 도2(b)는 그 전극구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
도 3은 제1 대역통과형 필터의 통과 특성과, 제2 대역통과형 필터의 통과 특성을 나타내는 도면이다.
도 4는 비교예에서의 제1 대역통과형 필터의 통과 특성과, 제2 대역통과형 필터의 통과 특성을 나타내는 도면이다.
도 5는, 도 5(a)는 IDT전극이 Pt막으로 이루어질 때의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 5(b)는 그 임피던스 특성을 나타내는 도면이다.
도 6은, 도 6(a)는 IDT전극이 Al막으로 이루어질 때의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 6(b)는 그 임피던스 특성을 나타내는 도면이다.
도 7은, 도 7(a)는 IDT전극이 Cu막으로 이루어질 때의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 7(b)는 그 임피던스 특성을 나타내는 도면이다.
도 8은, 도 8(a)는 IDT전극이 Mo막으로 이루어질 때의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도8(b)는 그 임피던스 특성을 나타내는 도면이다.
도 9는, 도 9(a)는 IDT전극이 Au막으로 이루어질 때의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 9(b)는 그 임피던스 특성을 나타내는 도면이다.
도 10은, 도 10(a)는 비교예에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 10(b)는 그 임피던스 특성을 나타내는 도면이다.
도 11은, 도 11(a)는 IDT전극이 Pt막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 11(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 12는, 도 12(a)는 IDT전극이 Al막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 12(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 13은, 도 13(a)는 IDT전극이 Cu막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 13(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 14는, 도 14(a)는 IDT전극이 Mo막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 14(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 15는, 도 15(a)는 IDT전극이 Au막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 15(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 멀티플렉서에서의 제1 대역통과형 필터를 구성하는 탄성파 장치의 모식적 단면도이다.
도 17은, 도 17(a)는 IDT전극이 Pt막으로 이루어질 때의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 17(b)는 그 임피던스 특성을 나타내는 도면이다.
도 18은, 도 18(a)는 IDT전극이 Al막으로 이루어질 때의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 18(b)는 그 임피던스 특성을 나타내는 도면이다.
도 19는, 도 19(a)는 IDT전극이 Cu막으로 이루어질 때의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 19(b)는 그 임피던스 특성을 나타내는 도면이다.
도 20은, 도 20(a)는 IDT전극이 Mo막으로 이루어질 때의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 20(b)는 그 임피던스 특성을 나타내는 도면이다.
도 21은, 도 21(a)는 IDT전극이 Au막으로 이루어질 때의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 21(b)는 그 임피던스 특성을 나타내는 도면이다.
도 22는, 도 22(a)는 IDT전극이 0.02λ 두께인 Pt막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 22(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 23은, 도 23(a)는 IDT전극이 0.06λ 두께인 Pt막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 23(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 24는, 도24(a)는 IDT전극이 0.08λ 두께인 Pt막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 24(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 25는, 도 25(a)는 IDT전극이 0.10λ 두께인 Pt막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 25(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 26은, 도 26(a)는 IDT전극이 0.02λ 두께인 Al막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 26(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 27은, 도 27(a)는 IDT전극이 0.06λ 두께인 Al막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 27(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 28은, 도 28(a)는 IDT전극이 0.08λ 두께인 Al막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 28(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 29는, 도 29(a)는 IDT전극이 0.10λ 두께인 Al막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 29(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 30은, 도 30(a)는 IDT전극이 0.02λ 두께인 Cu막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 30(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 31은, 도 31(a)는 IDT전극이 0.06λ 두께인 Cu막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 31(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 32는, 도 32(a)는 IDT전극이 0.08λ 두께인 Cu막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 32(b)는, 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 33은, 도 33(a)는 IDT전극이 0.10λ 두께인 Cu막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 33(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 34는, 도 34(a)는 IDT전극이 0.02λ 두께인 Mo막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 34(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 35는, 도 35(a)는 IDT전극이 0.06λ 두께인 Mo막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 35(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 36은, 도 36(a)는 IDT전극이 0.08λ 두께인 Mo막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 36(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 37은, 도 37(a)는 IDT전극이 0.10λ 두께인 Mo막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 37(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 38은, 도 38(a)는 IDT전극이 0.02λ 두께인 Au막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 38(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 39는, 도 39(a)는 IDT전극이 0.06λ 두께인 Au막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 39(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 40은, 도 40(a)는 IDT전극이 0.08λ 두께인 Au막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 40(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 41은, 도 41(a)는 IDT전극이 0.10λ 두께인 Au막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 41(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 42는 IDT전극에 적층금속막을 이용한 경우의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 43은 IDT전극의 두께가 0.09λ~0.11λ인 경우에서, 오일러 각의 θ를 변화시켰을 때의 SH파에 기인하는 스퓨리어스의 최대위상각을 나타내는 도면이다.
도 44는 오일러 각의 θ가 28°일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 45는 오일러 각의 θ가 30°일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 46은 오일러 각의 θ가 34°일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 47은 오일러 각의 θ가 38°일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 48은 오일러 각의 θ가 40°일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 49는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 멀티플렉서에서의 제1 대역통과형 필터를 구성하는 탄성파 장치의 모식적 단면도이다.
도 50은 오일러 각의 θ가 30°이며, LiNbO3막의 두께가 0.1λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 51은 오일러 각의 θ가 30°이며, LiNbO3막의 두께가 0.2λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 52는 오일러 각의 θ가 30°이며, LiNbO3막의 두께가 0.4λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 53은 오일러 각의 θ가 30°이며, LiNbO3막의 두께가 0.6λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 54는 오일러 각의 θ가 30°이며, LiNbO3막의 두께가 0.8λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 55는 오일러 각의 θ가 30°이며, LiNbO3막의 두께가 1.0λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 56은 오일러 각의 θ가 34°이며, LiNbO3막의 두께가 0.1λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 57은 오일러 각의 θ가 34°이며, LiNbO3막의 두께가 0.2λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 58은 오일러 각의 θ가 34°이며, LiNbO3막의 두께가 0.4λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 59는 오일러 각의 θ가 34°이며, LiNbO3막의 두께가 0.6λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 60은 오일러 각의 θ가 34°이며, LiNbO3막의 두께가 0.8λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 61은 오일러 각의 θ가 34°이며, LiNbO3막의 두께가 1.0λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 62는 오일러 각의 θ가 38°이며, LiNbO3막의 두께가 0.1λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 63은 오일러 각의 θ가 38°이며, LiNbO3막의 두께가 0.2λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 64는 오일러 각의 θ가 38°이며, LiNbO3막의 두께가 0.4λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 65는 오일러 각의 θ가 38°이며, LiNbO3막의 두께가 0.6λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 66은 오일러 각의 θ가 38°이며, LiNbO3막의 두께가 0.8λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 67은 오일러 각의 θ가 38°이며, LiNbO3막의 두께가 1.0λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 68은 오일러 각의 θ가 30°이며, LiNbO3막의 두께가 0.1λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 69는 오일러 각의 θ가 30°이며, LiNbO3막의 두께가 0.2λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 70은 오일러 각의 θ가 30°이며, LiNbO3막의 두께가 0.4λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 71은 오일러 각의 θ가 30°이며, LiNbO3막의 두께가 0.6λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 72는 오일러 각의 θ가 30°이며, LiNbO3막의 두께가 0.8λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 73은 오일러 각의 θ가 30°이며, LiNbO3막의 두께가 1.0λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 74는 오일러 각의 θ가 34°이며, LiNbO3막의 두께가 0.1λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 75는 오일러 각의 θ가 34°이며, LiNbO3막의 두께가 0.2λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 76은 오일러 각의 θ가 34°이며, LiNbO3막의 두께가 0.4λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 77은 오일러 각의 θ가 34°이며, LiNbO3막의 두께가 0.6λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 78은 오일러 각의 θ가 34°이며, LiNbO3막의 두께가 0.8λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 79는 오일러 각의 θ가 34°이며, LiNbO3막의 두께가 1.0λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 80은 오일러 각의 θ가 38°이며, LiNbO3막의 두께가 0.1λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 81은 오일러 각의 θ가 38°이며, LiNbO3막의 두께가 0.2λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 82는 오일러 각의 θ가 38°이며, LiNbO3막의 두께가 0.4λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 83은 오일러 각의 θ가 38°이며, LiNbO3막의 두께가 0.6λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 84는 오일러 각의 θ가 38°이며, LiNbO3막의 두께가 0.8λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 85는 오일러 각의 θ가 38°이며, LiNbO3막의 두께가 1.0λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 86은 본 발명에 따른 통신 장치 및 고주파 프론트 엔드 회로의 구성도이다.
도 2는, 도 2(a)는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 멀티플렉서에서의 제1 대역통과형 필터를 구성하는 탄성파 장치의 모식적 단면도이며, 도2(b)는 그 전극구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
도 3은 제1 대역통과형 필터의 통과 특성과, 제2 대역통과형 필터의 통과 특성을 나타내는 도면이다.
도 4는 비교예에서의 제1 대역통과형 필터의 통과 특성과, 제2 대역통과형 필터의 통과 특성을 나타내는 도면이다.
도 5는, 도 5(a)는 IDT전극이 Pt막으로 이루어질 때의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 5(b)는 그 임피던스 특성을 나타내는 도면이다.
도 6은, 도 6(a)는 IDT전극이 Al막으로 이루어질 때의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 6(b)는 그 임피던스 특성을 나타내는 도면이다.
도 7은, 도 7(a)는 IDT전극이 Cu막으로 이루어질 때의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 7(b)는 그 임피던스 특성을 나타내는 도면이다.
도 8은, 도 8(a)는 IDT전극이 Mo막으로 이루어질 때의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도8(b)는 그 임피던스 특성을 나타내는 도면이다.
도 9는, 도 9(a)는 IDT전극이 Au막으로 이루어질 때의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 9(b)는 그 임피던스 특성을 나타내는 도면이다.
도 10은, 도 10(a)는 비교예에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 10(b)는 그 임피던스 특성을 나타내는 도면이다.
도 11은, 도 11(a)는 IDT전극이 Pt막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 11(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 12는, 도 12(a)는 IDT전극이 Al막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 12(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 13은, 도 13(a)는 IDT전극이 Cu막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 13(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 14는, 도 14(a)는 IDT전극이 Mo막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 14(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 15는, 도 15(a)는 IDT전극이 Au막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 15(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 멀티플렉서에서의 제1 대역통과형 필터를 구성하는 탄성파 장치의 모식적 단면도이다.
도 17은, 도 17(a)는 IDT전극이 Pt막으로 이루어질 때의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 17(b)는 그 임피던스 특성을 나타내는 도면이다.
도 18은, 도 18(a)는 IDT전극이 Al막으로 이루어질 때의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 18(b)는 그 임피던스 특성을 나타내는 도면이다.
도 19는, 도 19(a)는 IDT전극이 Cu막으로 이루어질 때의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 19(b)는 그 임피던스 특성을 나타내는 도면이다.
도 20은, 도 20(a)는 IDT전극이 Mo막으로 이루어질 때의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 20(b)는 그 임피던스 특성을 나타내는 도면이다.
도 21은, 도 21(a)는 IDT전극이 Au막으로 이루어질 때의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 21(b)는 그 임피던스 특성을 나타내는 도면이다.
도 22는, 도 22(a)는 IDT전극이 0.02λ 두께인 Pt막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 22(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 23은, 도 23(a)는 IDT전극이 0.06λ 두께인 Pt막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 23(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 24는, 도24(a)는 IDT전극이 0.08λ 두께인 Pt막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 24(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 25는, 도 25(a)는 IDT전극이 0.10λ 두께인 Pt막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 25(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 26은, 도 26(a)는 IDT전극이 0.02λ 두께인 Al막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 26(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 27은, 도 27(a)는 IDT전극이 0.06λ 두께인 Al막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 27(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 28은, 도 28(a)는 IDT전극이 0.08λ 두께인 Al막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 28(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 29는, 도 29(a)는 IDT전극이 0.10λ 두께인 Al막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 29(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 30은, 도 30(a)는 IDT전극이 0.02λ 두께인 Cu막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 30(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 31은, 도 31(a)는 IDT전극이 0.06λ 두께인 Cu막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 31(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 32는, 도 32(a)는 IDT전극이 0.08λ 두께인 Cu막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 32(b)는, 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 33은, 도 33(a)는 IDT전극이 0.10λ 두께인 Cu막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 33(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 34는, 도 34(a)는 IDT전극이 0.02λ 두께인 Mo막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 34(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 35는, 도 35(a)는 IDT전극이 0.06λ 두께인 Mo막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 35(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 36은, 도 36(a)는 IDT전극이 0.08λ 두께인 Mo막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 36(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 37은, 도 37(a)는 IDT전극이 0.10λ 두께인 Mo막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 37(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 38은, 도 38(a)는 IDT전극이 0.02λ 두께인 Au막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 38(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 39는, 도 39(a)는 IDT전극이 0.06λ 두께인 Au막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 39(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 40은, 도 40(a)는 IDT전극이 0.08λ 두께인 Au막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 40(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 41은, 도 41(a)는 IDT전극이 0.10λ 두께인 Au막으로 이루어질 때의 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 41(b)는 그 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 42는 IDT전극에 적층금속막을 이용한 경우의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 43은 IDT전극의 두께가 0.09λ~0.11λ인 경우에서, 오일러 각의 θ를 변화시켰을 때의 SH파에 기인하는 스퓨리어스의 최대위상각을 나타내는 도면이다.
도 44는 오일러 각의 θ가 28°일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 45는 오일러 각의 θ가 30°일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 46은 오일러 각의 θ가 34°일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 47은 오일러 각의 θ가 38°일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 48은 오일러 각의 θ가 40°일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 49는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 멀티플렉서에서의 제1 대역통과형 필터를 구성하는 탄성파 장치의 모식적 단면도이다.
도 50은 오일러 각의 θ가 30°이며, LiNbO3막의 두께가 0.1λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 51은 오일러 각의 θ가 30°이며, LiNbO3막의 두께가 0.2λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 52는 오일러 각의 θ가 30°이며, LiNbO3막의 두께가 0.4λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 53은 오일러 각의 θ가 30°이며, LiNbO3막의 두께가 0.6λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 54는 오일러 각의 θ가 30°이며, LiNbO3막의 두께가 0.8λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 55는 오일러 각의 θ가 30°이며, LiNbO3막의 두께가 1.0λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 56은 오일러 각의 θ가 34°이며, LiNbO3막의 두께가 0.1λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 57은 오일러 각의 θ가 34°이며, LiNbO3막의 두께가 0.2λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 58은 오일러 각의 θ가 34°이며, LiNbO3막의 두께가 0.4λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 59는 오일러 각의 θ가 34°이며, LiNbO3막의 두께가 0.6λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 60은 오일러 각의 θ가 34°이며, LiNbO3막의 두께가 0.8λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 61은 오일러 각의 θ가 34°이며, LiNbO3막의 두께가 1.0λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 62는 오일러 각의 θ가 38°이며, LiNbO3막의 두께가 0.1λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 63은 오일러 각의 θ가 38°이며, LiNbO3막의 두께가 0.2λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 64는 오일러 각의 θ가 38°이며, LiNbO3막의 두께가 0.4λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 65는 오일러 각의 θ가 38°이며, LiNbO3막의 두께가 0.6λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 66은 오일러 각의 θ가 38°이며, LiNbO3막의 두께가 0.8λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 67은 오일러 각의 θ가 38°이며, LiNbO3막의 두께가 1.0λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 68은 오일러 각의 θ가 30°이며, LiNbO3막의 두께가 0.1λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 69는 오일러 각의 θ가 30°이며, LiNbO3막의 두께가 0.2λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 70은 오일러 각의 θ가 30°이며, LiNbO3막의 두께가 0.4λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 71은 오일러 각의 θ가 30°이며, LiNbO3막의 두께가 0.6λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 72는 오일러 각의 θ가 30°이며, LiNbO3막의 두께가 0.8λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 73은 오일러 각의 θ가 30°이며, LiNbO3막의 두께가 1.0λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 74는 오일러 각의 θ가 34°이며, LiNbO3막의 두께가 0.1λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 75는 오일러 각의 θ가 34°이며, LiNbO3막의 두께가 0.2λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 76은 오일러 각의 θ가 34°이며, LiNbO3막의 두께가 0.4λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 77은 오일러 각의 θ가 34°이며, LiNbO3막의 두께가 0.6λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 78은 오일러 각의 θ가 34°이며, LiNbO3막의 두께가 0.8λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 79는 오일러 각의 θ가 34°이며, LiNbO3막의 두께가 1.0λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 80은 오일러 각의 θ가 38°이며, LiNbO3막의 두께가 0.1λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 81은 오일러 각의 θ가 38°이며, LiNbO3막의 두께가 0.2λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 82는 오일러 각의 θ가 38°이며, LiNbO3막의 두께가 0.4λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 83은 오일러 각의 θ가 38°이며, LiNbO3막의 두께가 0.6λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 84는 오일러 각의 θ가 38°이며, LiNbO3막의 두께가 0.8λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 85는 오일러 각의 θ가 38°이며, LiNbO3막의 두께가 1.0λ일 때의 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 86은 본 발명에 따른 통신 장치 및 고주파 프론트 엔드 회로의 구성도이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명함으로써, 본 발명을 명확하게 한다.
한편, 본 명세서에 기재된 각 실시 형태는 예시적인 것이며, 다른 실시 형태간에, 구성의 부분적인 치환 또는 조합이 가능한 것을 지적해 둔다.
[멀티플렉서]
(제1 실시 형태)
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 멀티플렉서를 설명하기 위한 회로도이다. 도 2(a)는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 멀티플렉서에서의 제1 대역통과형 필터를 구성하는 탄성파 장치의 모식적 단면도이다. 또한, 도 2(b)는 도 2(a)의 탄성파 장치의 전극구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
멀티플렉서(1)는 공통 단자(2)를 가진다. 공통 단자(2)에 제1~제3 대역통과형 필터(3~5)의 일단(一端)이 공통 접속되어 있다. 휴대전화기의 RF단 등에서는 이 멀티플렉서(1)가 안테나 단자에 공통 접속되어 있다.
제1 대역통과형 필터(3), 제2 대역통과형 필터(4) 및 제3 대역통과형 필터(5)의 통과대역인 주파수 대역은 다르다. 제1 대역통과형 필터(3)의 통과대역을 통과대역 A로 한다. 제2 대역통과형 필터(4)의 통과대역을 통과대역 B로 한다. 그리고 통과대역 A보다 통과대역 B가 높은 주파수 대역에 있다고 가정한다.
멀티플렉서(1)에서는 제1 대역통과형 필터(3)가 도 2(a)에 나타내는 탄성파 장치(11)를 이용하여 구성되어 있다. 이 제1 대역통과형 필터(3)의 회로 구성은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 복수개의 탄성파 장치(11)를 가지는 래더(ladder)형 필터나, 종결합 공진자형 탄성파 필터, 래티스(lattice)형 필터 또는 트랜스버설(transversal)형 필터 등을 들 수 있다. 구체적으로, 래더형 필터의 직렬암(series arm) 공진자 및 병렬암(parallel arm) 공진자로서, 탄성파 장치(11)의 구조를 가지는 것을 이용해도 된다.
도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 탄성파 장치(11)는 지지기판(12), 압전체(13) 및 IDT전극(14)을 포함한다. 지지기판(12) 상에 압전체(13)가 적층되어 있다. 압전체(13) 상에, IDT전극(14)이 적층되어 있다. 한편, 압전체(13)는 니오브산리튬이다. 특히, 본 실시 형태에서 압전체(13)는 LiNbO3막이다. 압전체(13)의 두께는 특별히 한정되지 않고, 0.1λ 이상, 1.0λ 이하인 것이 바람직하다. λ는 IDT전극(14)의 전극지 피치로 정해지는 파장이다.
지지기판(12)은 압전체(13) 및 IDT전극(14)을 가지는 적층구조를 지지할 수 있는 한, 적당한 재료로 구성할 수 있다. 지지기판(12)의 재료로는, 질화알루미늄, 산화알루미늄, 탄화규소, 질화규소, 실리콘, 사파이어, 리튬탄탈레이트, 리튬니오베이트, 수정 등의 압전체, 알루미나, 지르코니아, 코디에라이트, 멀라이트, 스테타이트, 포스테라이트 등의 각종 세라믹, 마그네시아, 다이아몬드 또는 상기 각 재료를 주성분으로 하는 재료 등을 이용할 수 있다. 본 실시 형태에서는 지지기판(12)은 실리콘으로 이루어진다.
탄성파 장치(11)에서는 압전체(13)를 전파하는 탄성파로 레일리파를 메인모드로 이용하고 있다. 한편, 지지기판(12)과 압전체(13) 사이에는, 버퍼(buffer)층이 마련되어 있어도 된다. 버퍼층으로는 질화알루미늄, 질화규소, 산화규소, 산화티탄 또는 산화알루미늄 등을 이용할 수 있다.
압전체(13)의 오일러 각(φ, θ, ψ)은 특별히 한정되지 않지만, (0°±5°, θ, 0°±10°)의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 또한, 오일러 각에서의 θ가 30° 이상, 38° 이하인 것이 바람직하다. 이 경우에는 탄성파 장치(11)에서 메인모드의 공진주파수보다 저주파수 측에서의 스퓨리어스를 한층 더 억제할 수 있다.
IDT전극(14)의 재료는 특별히 한정되지 않고, Pt, Al, Cu, Mo, Au, Ag, Ta, W, Ni, Ru, Pd, Cr, Zn, Ti, 또는 이들 금속의 합금 등을 들 수 있다. 그 중에서도 IDT 전극(14)의 재료는 Pt, Al, Cu, Mo, Au 및 이들 금속을 포함하는 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종인 것이 바람직하다. 이 경우에는 IDT전극(14)의 저항 상승을 최대한 억제할 수 있기 때문에, 후술하는 주파수 대역이 높은 대역통과형 필터의 필터 특성이 한층 더 열화되기 어렵다.
IDT전극(14)은 단층의 금속막이어도 되고, 2종 이상의 금속막이 적층된 적층금속막이어도 된다. 적층금속막으로는 Al막 상에 Pt막을 적층한 적층금속막이나, Pt막 상에 Al막을 적층한 적층금속막 등을 들 수 있다. 또한, 각 전극재료 간의 버퍼층이나, 각 전극재료와 압전체(13)의 버퍼층으로서 Ti, NiCr, Ag 또는 Cr등을 이용해도 된다.
IDT전극(14)의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 0.02λ 이상인 것이 바람직하다. IDT전극(14)의 두께가 상기 범위 내에 있는 경우에는 IDT전극(14)의 저항에 의한 손실의 영향을 경감시킬 수 있으므로, 후술하는 주파수 대역이 높은 대역통과형 필터의 필터 특성이 한층 더 열화되기 어렵다. IDT전극(14) 두께의 상한은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 0.1λ로 할 수 있다. 한편, λ는 IDT전극(14)의 전극지 피치로 정해지는 파장이다.
도 2(a)에서는 약도적으로 나타내고 있는데, 보다 구체적으로는 압전체(13) 상에 도 2(b)에 나타내는 전극구조가 형성되어 있다. 즉, IDT전극(14)과, IDT전극(14)의 탄성파의 전파 방향에서의 IDT전극(14) 양측에 배치된 반사기(15, 16)가 형성되어 있다. 그로 인해, 1포트형 탄성표면파 공진자가 구성되어 있다. 한편, 반사기(15, 16)는 이용되지 않아도 된다.
도 2(b)에 나타내는 바와 같이, IDT전극(14)은 제1, 제2 버스바(busbar)와 복수개의 제1, 제2 전극지를 가진다. 복수개의 제1 전극지와, 복수개의 제2 전극지는 서로 맞물려 있다. 또한, 복수개의 제1 전극지는 제1 버스바에 접속되어 있고, 복수개의 제2 전극지는 제2 버스바에 접속되어 있다.
한편, 도 2(a)에서는 나타내고 있지 않지만, IDT전극(14)의 일부 혹은 전체를 덮도록 산화막이나 질화막 등 유전체막이 마련되어 있어도 된다. 유전체막을 마련함으로써, 주파수 온도특성이나 내습성을 개선하거나, IDT전극(14)을 보호할 수 있다. 예를 들면, 유전체막으로서, SiO2막을 이용함으로써 주파수 온도특성을 개선할 수 있다.
탄성파 장치(11)는 상기와 같은 구성을 포함하고 있으므로, 후술하는 바와 같이 메인모드의 주파수보다도 고주파수 측에 발생하는 스퓨리어스를 억제할 수 있다.
멀티플렉서(1)에서는 제1 대역통과형 필터(3)가 이 탄성파 장치(11)를 이용하여 구성되어 있다. 그 때문에, 제1 대역통과형 필터(3)의 통과대역 A보다 높은 주파수 대역에 있는 통과대역 B를 가지는 제2 대역통과형 필터(4)의 특성이 열화되기 어렵다. 이것을 이하 도 3 및 도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 제1 대역통과형 필터의 통과 특성과 제2 대역통과형 필터의 통과 특성을 나타내는 도면이다. 또한, 도 4는 비교예에서의 제1 대역통과형 필터의 통과 특성과, 제2 대역통과형 필터의 통과 특성을 나타내는 도면이다. 도 3 및 도 4에서 실선이 제1 대역통과형 필터의 통과 특성을 나타내고, 파선이 제2 대역통과형 필터의 통과 특성을 나타낸다. 한편, 도 3에서는 제1 대역통과형 필터(3)가, 탄성파 장치(11)를 이용하여 구성되어 있다. 여기에서는 제1 대역통과형 필터(3)가 래더형 필터이고, 래더형 필터의 직렬암 공진자 및 병렬암 공진자로서 탄성파 장치(11)와 동일한 구조를 가지는 것이 이용되고 있다. 한편, 도 4의 비교예에서는 레일리파가 아닌 SH파를 메인모드로서 이용하는 것 이외에는 탄성파 장치(11)와 동일한 탄성파 장치가 이용되고 있다.
도 4로부터 분명한 바와 같이, 비교예에서는 제2 대역통과형 필터의 통과 특성에서 통과대역 B 내에 화살표(C)로 나타내는 큰 스퓨리어스가 나타나 있다. 즉, 통과대역 B 내에서의 삽입 손실이 크게 악화되어 있다. 이것은 제1 대역통과형 필터에 이용된 탄성파 장치의 고영역 측의 스퓨리어스에 의한 열화이다.
이에 반해, 도 3에서는 제2 대역통과형 필터(4)의 통과 특성에서는 통과대역 B 내에서 상기와 같은 스퓨리어스가 억제되어 있다. 이것은, 제1 대역통과형 필터(3)에 이용되고 있는 탄성파 장치(11)의 고역(高域) 측의 스퓨리어스가 억제되어 있는 것에 기인한다.
이와 같이, 멀티플렉서(1)에서는 제1 대역통과형 필터(3)보다 높은 주파수 대역에 있는 통과대역 B를 가지는 제2 대역통과형 필터(4)의 특성이 열화되기 어렵다. 그 때문에, 멀티플렉서(1)는 캐리어 어그리게이션 등의 용도에 적절하게 이용할 수 있다.
다음으로 도 5~도 9 및 도 11~도 15를 참조하여, 탄성파 장치(11)에서 메인모드의 공진주파수보다도 고주파수 측의 스퓨리어스가 억제되어 있는 점에 대해 설명한다.
우선, 도 2(a)에 나타내는 구조에서, 이하의 탄성파 공진자를 설계했다.
지지기판(12)…Si기판
압전체(13)… LiNbO3막, 오일러 각(0°, 34°, 0°)
IDT전극(14)…듀티비: 0.50, IDT전극(14)의 전극지의 개수: 201개(100쌍), 그 전극지 교차 폭: 15λ, 반사기(15, 16)의 전극지의 개수: 21개(10쌍)
IDT전극(14)의 재료…Pt막(두께: 0.1λ), Al막(두께: 0.04λ), Cu막(두께: 0.06λ), Mo막(두께: 0.1λ), Au막(두께: 0.1λ)
이용하는 탄성파…레일리파
한편, λ는 IDT전극(14)의 전극지 피치로 정해지는 파장이고, λ=1.0㎛이다.
이와 같이 하여 설계한 탄성파 공진자의 위상특성 및 임피던스 특성을 도 5~도 9에 나타낸다.
도 5~도 9에서 (a)는 위상특성을 나타내는 도면이며, (b)는 임피던스 특성을 나타낸 도면이다. 한편, 도 5~도 9에서 IDT전극(14)은 각각 순서대로 Pt막(Pt막의 두께: 0.1λ, LiNbO3막의 두께: 1.0λ, 메인모드의 공진주파수(Fr): 2.56㎓, 비대역폭: 5.7%), Al막(Al막의 두께: 0.04λ, LiNbO3막의 두께: 0.6λ, 메인모드의 공진주파수(Fr): 3.855㎓, 비대역폭: 3.2%), Cu막(Cu막의 두께: 0.06λ, LiNbO3막의 두께: 0.2λ, 메인모드의 공진주파수(Fr): 3.5㎓, 비대역폭: 3.6%), Mo막(Mo막의 두께: 0.1λ, LiNbO3막의 두께: 0.2λ, 메인모드의 공진주파수(Fr): 3.13㎓, 비대역폭: 4.8%), Au막(Au막의 두께: 0.1λ, LiNbO3막의 두께: 0.2λ, 메인모드의 공진주파수(Fr): 2.48㎓, 비대역폭: 4.2%)이다. 도 5~도 9에서 도면의 우측 상단에는 이용한 IDT전극(14)의 종류를 기재하였다. 또한 도 5~도 9에서 파선은 Fr의 1.5배인 주파수(1.5Fr)이고, 일점쇄선은 Fr의 2.0배인 주파수(2.0Fr)이며, 이점쇄선은 Fr의 2.5배인 주파수(2.5Fr)이다.
도 5에 나타내는 바와 같이, IDT전극(14)이 Pt막으로 이루어지는 경우, Fr 이상 1.5Fr 이하의 범위에서는, 현저한 스퓨리어스가 발생되어 있지 않다. 한편, Fr 이상 2.0Fr 이하의 범위에서는 4.78㎓(1.8Fr) 부근에 최대위상각이 -70°인 스퓨리어스가 발생되어 있는데, 이 스퓨리어스는 매우 작으므로 그 영향을 무시할 수 있다. 또한, 7.03㎓(2.75Fr) 부근에 최대위상각이 9°인 스퓨리어스가 발생되어 있는데, 이것은 메인모드의 응답으로부터 충분히 떨어진 위치에 있기 때문에 다른 대역통과형 필터에 영향을 끼치지 않는다.
또한 도 6~도 9에 나타내는 바와 같이 IDT전극(14)이 다른 금속막으로 이루어지는 경우에도 마찬가지로 스퓨리어스가 충분히 억제되어 있거나, 메인모드의 응답으로부터 충분히 멀리 떨어져 있다.
도 5~도 9의 결과로부터 분명한 바와 같이, 설계한 탄성파 공진자에서는 IDT전극(14)의 재료에 관계 없이 메인모드의 주파수보다도 고주파수 측에 발생하는 스퓨리어스가 억제되어 있거나, 충분히 멀리 떨어져 있는 것을 알 수 있다.
도 10(a)는 비교예에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, 도 10(b)는 그 임피던스 특성을 나타내는 도면이다.
한편, 비교예에서는 이하의 탄성파 공진자를 설계했다.
지지기판(12)…Si기판
압전체(13)……LiNbO3막, 오일러 각(0°, 120°, 0°)
IDT전극(14)…듀티비: 0.50, IDT전극(14)의 전극지의 개수: 201개(100쌍), 그 전극지 교차 폭: 15λ, 반사기(15, 16)의 전극지의 개수: 21개(10쌍)
IDT전극(14)의 재료…Al막(200㎚)/Ti막(10㎚)
이용하는 탄성파…SH파
한편, 메인모드의 공진주파수는 1.8㎓이다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 비교예에서는, Fr 이상 1.5Fr 이하의 범위에서는 현저한 스퓨리어스가 발생하고 있지 않긴 하지만, Fr 이상 2.0Fr 이하의 범위에서는 3.36㎓(1.84Fr) 부근에 최대위상각이 82°인 스퓨리어스가 발생하고 있는 것을 알 수 있다.
다음으로, 설계한 탄성파 공진자에서 IDT전극(14) 및 LiNbO3막의 두께를 변화시켰을 때의 위상특성을 구했다.
도 11~도 15에서 (a)는 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, (b)는 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
한편, 도 11~도 15에서 IDT전극(14)은 각각 순서대로 Pt막, Al막, Cu막, Mo막, Au막이다. 도 11~도 15에서 도면의 우측 상단에는 이용한 IDT전극(14)의 종류를 기재하였다. 도 11~도 15에서는 IDT전극(14)의 두께가 0.02λ, 0.04λ, 0.06λ, 0.08λ 및 0.10λ(도면에서는 0.10을 0.1로 기재)인 경우에, LiNbO3막의 두께를 0.1λ 이상, 1.0λ(도면에서는 1.0을 1로 기재) 이하의 범위 내에서 변화시켰다. 또한, 제1 주파수 범위란, Fr 이상 1.5Fr 이하의 범위이다. 제2 주파수 범위란, Fr 이상 2.0Fr 이하의 범위이다.
도 11~도 15에 나타내는 바와 같이, IDT전극(14)의 두께가 0.02λ 이상, 0.1λ 이하의 범위에서 LiNbO3막의 두께가 0.1λ 이상, 1.0λ 이하의 범위일 때, 최대위상각이 0° 이하인 것을 알 수 있다. 한편, 도 11~도 15로부터 분명한 바와 같이, 이 결과는 IDT전극(14)의 재료에 의존하지 않았다.
다음으로, 오일러 각(0°, θ, 0°)에서의 오일러 각의 θ를 변화시켰을 때의 위상특성을 구했다. 구체적으로 도 2(a)에 나타내는 구조에서, 이하의 탄성파 공진자를 설계하고, 위상특성을 구했다.
지지기판(12)…Si기판
압전체(13)…LiNbO3막, 오일러 각(0°, θ, 0°),두께: 0.1λ~1.0λ
IDT전극(14)…듀티비: 0.50, IDT전극(14)의 전극지의 개수: 201개(100쌍), 그 전극지 교차 폭: 15λ, 반사기(15, 16)의 전극지의 개수: 21개(10쌍)
IDT전극(14)의 재료…Pt막(두께: 0.1λ)
이용하는 탄성파…레일리파
한편, λ는 IDT전극(14)의 전극지 피치로 정해지는 파장이고, λ=1.0㎛이다.
이와 같이 설계한 탄성파 공진자에서 오일러 각의 θ를 변화시켜 위상특성을 구했다.
도 50~도 67은 오일러 각의 θ 및 LiNbO3막의 두께를 도면 별로 변화시켰을 때의 위상특성을 나타내는 도면이다. 한편, 도 50~도 55에서 오일러 각의 θ는 30°이며, LiNbO3막의 두께는 각각 순서대로 0.1λ, 0.2λ, 0.4λ, 0.6λ, 0.8λ 및 1.0λ이다. 도 56~도 61에서, 오일러 각의 θ는 34°이며, LiNbO3막의 두께는 각각 순서대로 0.1λ, 0.2λ, 0.4λ, 0.6λ, 0.8λ 및 1.0λ이다. 도 62~도 67에서, 오일러 각의 θ는 38°이며, LiNbO3막의 두께는 각각 순서대로 0.1λ, 0.2λ, 0.4λ, 0.6λ, 0.8λ 및 1.0λ이다. 도 50~도 67에서 도면의 우측 상단에는 LiNbO3막(LN)의 두께를 기재하였다.
도 50~도 67에 나타내는 바와 같이, 오일러 각에서의 θ가 30° 이상, 38° 이하이며 LiNbO3막의 두께가 0.1λ 이상, 1.0λ 이하일 때, SH파에 기인하는 스퓨리어스(메인모드의 공진주파수보다 저주파수 측의 스퓨리어스)의 최대위상각을 0° 이하로 작게 할 수 있는 것을 알 수 있다.
한편, 도 50~도 67에서는 오일러 각(0°, θ, 0°)의 결과를 나타내고 있는데, 오일러 각(0°±5°, θ, 0°±10°)의 범위에서도 동일한 결과가 얻어지는 것을 확인할 수 있다.
(제2 실시 형태)
도 16은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 멀티플렉서에서의 제1 대역통과형 필터를 구성하는 탄성파 장치의 모식적 단면도이다. 제2 실시 형태에 따른 멀티플렉서에서는 제1 대역통과형 필터를 구성하는 탄성파 장치로서 도 16에 나타내는 탄성파 장치(21)가 이용되고 있다.
도 16에 나타내는 바와 같이, 탄성파 장치(21)에는 지지기판(12)과 압전체(13) 사이에 저음속 재료층(22)이 마련되어 있다.
저음속 재료층(22)은 전파하는 벌크파의 음속이 압전체(13)를 전파하는 탄성파의 음속보다도 낮은 저음속 재료로 이루어진다.
저음속 재료로는, 압전체(13)를 전파하는 탄성파보다도 저음속인 벌크파 음속을 가지는 적당한 재료를 사용할 수 있다. 이와 같은 재료로는, 예를 들면, 산화규소, 유리, 산질화규소, 산화탄탈, 산화규소에 불소, 탄소, 혹은 붕소를 첨가한 화합물, 혹은 상기 각 재료를 주성분으로 하는 재료를 사용할 수 있다. 본 실시 형태에서는 산화규소이다. 한편, 지지기판(12)과 저음속 재료층(22) 사이에는 버퍼층이 마련되어 있어도 된다. 버퍼층으로는, 질화알루미늄, 질화규소, 산화규소, 산화티탄 또는 산화알루미늄 등을 이용할 수 있다. 그 밖의 점은 제1 실시 형태와 동일하다.
제2 실시 형태에서도 제1 대역통과형 필터를 구성하는 탄성파 장치(21)가 상기와 같은 구성을 포함하고 있으므로, 메인모드의 주파수보다도 고주파수 측에 생기는 스퓨리어스를 억제할 수 있다. 따라서, 제1 대역통과형 필터보다도 높은 주파수 대역에 있는 통과대역을 가지는 제2 대역통과형 필터의 특성이 열화되기 어렵다.
또한, 제2 실시 형태에서는 탄성파 장치(21)가 저음속 재료층(22)을 포함하고 있고, 지지기판(12)으로 에너지가 스며 나오는 것을 억제할 수 있기 때문에, 탄성파를 압전체(13) 내에 효과적으로 가둘 수 있다.
다음으로, 도 17~도 41을 참조하여 탄성파 장치(21)에서 메인모드의 주파수보다도 고주파수 측의 스퓨리어스가 억제되어 있는 것에 대해 설명한다.
우선, 도 16에 나타내는 구조에서 이하의 탄성파 공진자를 설계했다.
지지기판(12)…Si기판
저음속 재료층(22): SiO2막
압전체(13)…LiNbO3막, 오일러 각(0°, 34°, 0°)
IDT전극(14)…듀티비: 0.50, IDT전극(14)의 전극지의 개수: 201개(100쌍), 그 전극지 교차폭: 15λ, 반사기(15, 16)의 전극지의 개수: 21개(10쌍)
IDT전극(14)의 재료…Pt막(두께: 0.1λ), Al막(두께: 0.1λ), Cu막(두께: 0.1λ), Mo막(두께: 0.08λ), Au막(두께: 0.1λ)
이용하는 탄성파…레일리파
한편, λ는 IDT전극(14)의 전극지 피치로 정해지는 파장이고, λ=1.0㎛이다.
이와 같이 하여 설계한 탄성파 공진자의 위상특성 및 임피던스 특성을 도 17~도 21에 나타낸다.
도 17~도 21에서 (a)는 위상특성을 나타내는 도면이며, (b)는 임피던스 특성을 나타내는 도면이다. 한편, 도 17~도 21에서 IDT전극(14)은 각각 순서대로 Pt막(Pt막의 두께: 0.1λ, LiNbO3막의 두께: 0.8λ, SiO2막의 두께: 0.4λ, 메인모드의 공진주파수(Fr): 2.55㎓, 비대역폭: 5.7%), Al막(Al막의 두께: 0.1λ, LiNbO3막의 두께: 0.4λ, SiO2막의 두께: 0.2λ, 메인모드의 공진주파수(Fr): 3.53㎓, 비대역폭: 3.8%), Cu막(Cu막의 두께: 0.1λ, LiNbO3막의 두께: 0.2λ, SiO2막의 두께: 0.4λ, 메인모드의 공진주파수(Fr): 2.95㎓, 비대역폭: 5.1%), Mo막(Mo막의 두께: 0.08λ, LiNbO3막의 두께: 0.4λ, SiO2막의 두께: 0.2λ, 메인모드의 공진주파수(Fr): 3.1㎓, 비대역폭: 5.6%), Au막(Au막의 두께: 0.1λ, LiNbO3막의 두께: 0.8λ, SiO2막의 두께: 0.4λ, 메인모드의 공진주파수(Fr): 2.57㎓, 비대역폭: 5.2%)이다. 도 17~도 21에서 도면의 우측 상단에는 이용한 IDT전극(14)의 종류를 기재하였다. 또한, 도 17~도 21에서 파선은 Fr의 1.5배인 주파수(1.5Fr)이고, 일점쇄선은 Fr의 2.0배인 주파수(2.0Fr)이며, 이점쇄선은 Fr의 2.5배인 주파수(2.5Fr)이다.
도 17에 나타내는 바와 같이, IDT전극(14)이 Pt막으로 이루어지는 경우, Fr 이상 2.0Fr 이하의 범위에서는 현저한 스퓨리어스가 발생되어 있지 않다. 한편, 5.5㎓ 부근에 최대위상각이 -85°인 스퓨리어스가 발생하고 있으나, 이 스퓨리어스는 매우 작으므로 영향을 무시할 수 있다. 또한, 6.8㎓(2.7Fr) 부근과 7.7㎓(3Fr) 부근에 최대위상각이 -5°와 -25°인 스퓨리어스가 발생하고 있는데, 이것은 메인모드 응답으로부터 충분히 떨어진 위치에 있으면서 작기 때문에 다른 대역통과형 필터에 영향을 끼치지 않는다.
또한 도 18~도 21에 나타내는 바와 같이, IDT전극(14)이 다른 금속막으로 이루어지는 경우에도 마찬가지로 스퓨리어스가 충분히 억제되어 있거나 메인모드의 응답으로부터 충분히 멀리 떨어져 있다.
도 17~도 21의 결과로부터 분명한 바와 같이, 설계한 탄성파 공진자에서는 IDT전극(14)의 재료에 관계 없이 메인모드의 주파수보다도 고주파수 측에 생기는 스퓨리어스가 억제되어 있거나 충분히 멀리 떨어져 있는 것을 알 수 있다.
다음으로, 설계한 탄성파 공진자에서 IDT전극(14), LiNbO3막 및 SiO2막의 두께를 변화시켰을 때의 위상특성을 구했다.
도 22~도 41에서 (a)는 제1 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이며, (b)는 제2 주파수 범위에서의 위상특성을 나타내는 도면이다.
한편, 도 22~도 25는 IDT전극(14)이 Pt막이고, Pt막의 두께가 순서대로 0.02λ, 0.06λ, 0.08λ 및 0.10λ일 때의 결과이다. 한편, 도 26~도 29는 IDT전극(14)이 Al막이고, Al막의 두께가 순서대로 0.02λ, 0.06λ, 0.08λ 및 0.10λ일 때의 결과이다. 도 30~도 33은 IDT전극(14)이 Cu막이고, Cu막의 두께가 순서대로 0.02λ, 0.06λ, 0.08λ 및 0.10λ일 때의 결과이다. 도 34~도 37은 IDT전극(14)이 Mo막이고, Mo막의 두께가 순서대로 0.02λ, 0.06λ, 0.08λ 및 0.10λ일 때의 결과이다. 도 38~도 41은 IDT전극(14)이 Au막이고, Au막의 두께가 순서대로 0.02λ, 0.06λ, 0.08λ 및 0.10λ일 때의 결과이다. 도 22~도 41에서는 LiNbO3막의 두께가 0.1λ, 0.2λ, 0.4λ, 0.6λ, 0.8λ 및 1λ인 경우에, SiO2막의 두께를 0.05λ 이상, 1.0λ(도면에서는 1.0을 1로 기재) 이하의 범위에서 변화시켰다. 도 22~도 41에서 도면의 우측 상단에는 이용한 IDT전극(14)의 종류 및 두께를 기재하였다.
또한, 제1 주파수 범위란, Fr 이상 1.5Fr 이하의 범위이다. 제2 주파수 범위란, Fr 이상 2.0Fr 이하의 범위이다.
도 22~도 41에 나타내는 바와 같이, IDT전극(14)의 두께가 0.02λ 이상, 0.10λ 이하이면서, LiNbO3막의 두께가 0.1λ 이상, 1.0λ 이하의 범위에서, SiO2막의 두께가 0.05λ 이상, 1.0λ 이하의 범위일 때, 최대위상각이 0° 이하인 것을 알 수 있다. 한편, 도 22~도 41에 나타내는 바와 같이, 이 결과는 IDT전극(14)의 재료에 의존하지 않았다.
다음으로, 도 16에서 나타내는 구조에서 적층전극을 이용한 이하의 탄성파 공진자를 설계하고, 위상특성을 구했다.
지지기판(12)…Si기판
저음속 재료층(22): SiO2막, 두께: 0.2λ
압전체(13)… LiNbO3막, 오일러 각(0°, 34°, 0°), 두께: 0.2λ
IDT전극(14)…듀티비: 0.50, IDT전극(14)의 전극지의 개수: 201개(100쌍), 그 전극지 교차폭: 15λ, 반사기(15, 16)의 전극지의 개수: 21개(10쌍)
IDT전극(14)의 재료…Pt막(두께: 0.1λ) 상에 Al막(두께: 0.1λ)을 적층한 적층금속막
이용하는 탄성파…레일리파
한편, λ는 IDT전극(14)의 전극지 피치로 정해지는 파장이며, λ=1.7㎛이다.
도 42는 IDT전극에 적층금속막을 이용한 경우의 위상특성을 나타낸 도면이다. 도 42에서 적층금속막을 이용했을 경우의 결과를 파선으로 나타내고, 적층금속막이 아닌 단층의 Pt막을 이용했을 때의 결과를 실선으로 나타낸다. 또한, 도 42에서 일점쇄선은 Fr의 1.5배인 주파수(1.5Fr)이고, 이점쇄선은 Fr의 2.0배인 주파수(2.0Fr)이다. 한편, Fr은 단층의 Pt막을 이용했을 때의 메인모드의 공진주파수이다.
도 42에 나타내는 바와 같이 적층금속막을 이용했을 경우, 질량부하 효과에 의해 메인모드의 공진주파수는 약간 주파수가 낮은 쪽으로 시프트한다. 그러나 스퓨리어스가 발생하는 방식에는 변화가 없다. 이로부터, Pt막 상에 Al 등 저항이 낮은 재료를 적층함으로써 큰 스퓨리어스를 발생시키지 않고 전극지의 저항에 의한 손실을 개선할 수 있다는 것을 알 수 있다.
다음으로, 오일러 각(0°, θ, 0°)에서의 오일러 각의 θ를 변화시켰을 때의 위상특성을 구했다. 구체적으로, 도 16에 나타내는 구조에서 이하의 탄성파 공진자를 설계하고, 위상특성을 구했다.
지지기판(12)…Si기판
저음속 재료층(22): SiO2막, 두께: 0.2λ
압전체(13)… LiNbO3막, 오일러 각(0°, θ, 0°), 두께: 0.2λ
IDT전극(14)…듀티비: 0.50, IDT전극(14)의 전극지의 개수: 201개(100쌍), 그 전극지 교차폭: 15λ, 반사기(15, 16)의 전극지의 개수: 21개(10쌍)
IDT전극(14)의 재료…Pt막(두께: 0.09λ)
이용하는 탄성파…레일리파
한편, λ는 IDT전극(14)의 전극지 피치로 정해지는 파장이며, λ=1.0㎛이다.
이와 같이 설계한 탄성파 공진자에서 오일러 각의 θ를 변화시켜 위상특성을 구했다.
도 44~도 48은 오일러 각을 도면 별로 변화시켰을 때의 위상특성을 나타내는 도면이다. 한편, 도 44~도 48에서 오일러 각의 θ는, 순서대로 θ=28°, θ=30°, θ=34°, θ=38°, θ=40°이다. 도 44~도 48에서 도면의 우측 상단에는 오일러 각의 θ를 기재하였다.
도 44~도 48에 나타내는 바와 같이, 오일러 각에서의 θ가 30° 이상, 38° 이하일 때 SH파에 기인하는 스퓨리어스(메인모드의 공진주파수보다 저주파수 측의 스퓨리어스)의 최대위상각을 0° 이하로 작게 할 수 있는 것을 알 수 있다.
또한, 도 43은 IDT전극(14)의 두께가 0.09λ~0.11λ(Pt 9%, Pt 10%, Pt 11%)인 경우에, 오일러 각의 θ를 변화시켰을 때의 SH파에 기인하는 스퓨리어스의 최대위상각을 나타내는 도면이다. 도 43으로부터 분명한 바와 같이, IDT전극(14)의 두께에 관계 없이, 오일러 각에서의 θ가 30° 이상, 38° 이하일 때 SH파에 기인하는 스퓨리어스의 최대위상각을 0° 이하로 작게 할 수 있는 것을 알 수 있다.
한편, 도 68~도 85를 참조하여 이하에 나타내는 바와 같이 오일러 각에서의 θ가 30° 이상, 38° 이하일 때, LiNbO3막의 두께에 관계 없이 SH파에 기인하는 스퓨리어스의 최대위상각을 0° 이하로 작게 할 수 있다.
구체적으로 도 16에 나타내는 구조에서, 이하의 탄성파 공진자를 설계하여 위상특성을 구했다.
지지기판(12)…Si기판
저음속 재료층(22): SiO2막, 두께: 0.2λ
압전체(13)… LiNbO3막, 오일러 각(0°, θ, 0°), 두께: 0.1λ~1.0λ
IDT전극(14)…듀티비: 0.50, IDT전극(14)의 전극지의 개수: 201개(100쌍), 그 전극지 교차폭: 15λ, 반사기(15, 16)의 전극지의 개수: 21개(10쌍)
IDT전극(14)의 재료…Pt막(두께: 0.1λ)
이용하는 탄성파…레일리파
한편, λ는 IDT전극(14)의 전극지 피치로 정해지는 파장이며, λ=1.0㎛이다.
이와 같이 설계한 탄성파 공진자에 오일러 각의 θ를 변화시켜 위상특성을 구했다.
도 68~도 85는 오일러 각의 θ 및 LiNbO3막의 두께를 도면 별로 변화시켰을 때의 위상특성을 나타내는 도면이다. 한편, 도 68~도 73에서 오일러 각의 θ는 30°이며, LiNbO3막의 두께는 각각 순서대로 0.1λ, 0.2λ, 0.4λ, 0.6λ, 0.8λ 및 1.0λ이다. 도 74~도 79에서 오일러 각의 θ는 34°이며, LiNbO3막의 두께는 각각 순서대로 0.1λ, 0.2λ, 0.4λ, 0.6λ, 0.8λ 및 1.0λ이다. 도 80~도 85에서 오일러 각의 θ는 38°이며, LiNbO3막의 두께는 각각 순서대로 0.1λ, 0.2λ, 0.4λ, 0.6λ, 0.8λ 및 1.0λ이다. 도 68~도 85에서 도면의 우측 상단에는 LiNbO3막(LN)의 두께를 기재하였다.
도 68~도 85에 나타내는 바와 같이, 오일러 각에서의 θ가, 30° 이상, 38° 이하이며, LiNbO3막의 두께가 0.1λ 이상, 1.0λ 이하일 때, SH파에 기인하는 스퓨리어스(메인모드의 공진주파수보다 저주파수 측의 스퓨리어스)의 최대위상각을 0° 이하로 작게 할 수 있는 것을 알 수 있다.
한편, 도 43~도 48 및 도 68~도 85에서는 오일러 각 (0°, θ, 0°)의 결과를 나타내고 있는데, 오일러 각(0°±5°, θ, 0°±10°)의 범위에서 동일한 결과가 얻어지는 것을 확인할 수 있다.
(제3 실시 형태)
도 49는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 멀티플렉서에서의 제1 대역통과형 필터를 구성하는 탄성파 장치의 모식적 단면도이다. 제3 실시 형태에 따른 멀티플렉서에서는 제1 대역통과형 필터를 구성하는 탄성파 장치로서 도 49에 나타내는 탄성파 장치(31)가 이용되고 있다.
도 49에 나타내는 바와 같이, 탄성파 장치(31)에서는 지지기판(12)과 저음속 재료층(22) 사이에 고음속 재료층(32)이 마련되어 있다.
고음속 재료층(32)은 전파하는 벌크파의 음속이 압전체(13)를 전파하는 탄성파의 음속보다도 높은 고음속 재료로 이루어진다.
고음속 재료층(32)은 압전체(13) 및 저음속 재료층(22)이 적층되어 있는 부분에 탄성파를 가두고, 고음속 재료층(32)보다 지지기판(12)측의 구조에 탄성파가 새어 나가지 않도록 기능한다. 본 실시 형태에서 고음속 재료층(32)은 질화알루미늄으로 이루어진다. 물론, 상기 탄성파를 가둘 수 있는 한, DLC막, 질화알루미늄, 산화알루미늄, 탄화규소, 질화규소, 실리콘, 사파이어, 리튬탄탈레이트, 리튬니오베이트 수정 등의 압전체, 알루미나, 지르코니아, 코디에라이트, 멀라이트, 스테타이트, 포스테라이트 등의 각종 세라믹, 마그네시아, 다이아몬드, 상기 각 재료를 주성분으로 하는 재료, 또는 상기 각 재료의 혼합물을 주성분으로 하는 재료를 사용할 수 있다. 한편, 지지기판(12)과 고음속 재료층(32) 사이에는 버퍼층이 마련되어 있어도 된다. 버퍼층으로는 질화알루미늄, 질화규소, 산화규소, 산화 티탄 또는 산화알루미늄 등을 사용할 수 있다. 그 밖의 점은, 제2 실시 형태와 동일하다.
제3 실시 형태에서도 제1 대역통과형 필터를 구성하는 탄성파 장치(31)가 상기와 같은 구성을 포함하고 있으므로, 메인모드의 주파수보다도 고주파수 측에 생기는 스퓨리어스를 억제할 수 있다. 따라서, 제1 대역통과형 필터보다도 높은 주파수 대역에 있는 통과대역을 가지는 제2 대역통과형 필터의 특성이 열화되기 어렵다.
또한, 제3 실시 형태에서는 탄성파 장치(31)가 고음속 재료층(32)을 포함하고 있고, 지지기판(12)으로 에너지가 스며 나오는 것을 억제할 수 있기 때문에, 탄성파를 압전체(13) 내에 효과적으로 가둘 수 있다.
[고주파 프론트 엔드 회로, 통신 장치]
상기 실시 형태의 멀티플렉서는 고주파 프론트 엔드 회로 등에 이용할 수 있다. 그 예를 하기에서 설명한다.
도 86은 통신 장치 및 고주파 프론트 엔드 회로의 구성도이다. 한편, 같은 도면에는 고주파 프론트 엔드 회로(230)에 접속되는 각 구성 요소, 예를 들면 안테나 소자(202)나 RF신호 처리 회로(RFIC)(203)도 함께 도시되어 있다. 고주파 프론트 엔드 회로(230) 및 RF신호 처리 회로(203)는 통신 장치(240)를 구성하고 있다. 한편, 통신 장치(240)는 전원, CPU나 디스플레이를 포함하고 있어도 된다.
고주파 프론트 엔드 회로(230)는 스위치(225)와, 멀티플렉서(201A, 201B)와, 필터(231, 232)와, 로우 노이즈 앰프 회로(214, 224)와 파워앰프 회로(234a, 234b, 244a, 244b)를 포함한다. 한편, 도 86의 고주파 프론트 엔드 회로(230) 및 통신 장치(240)는 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치의 일례이며, 이 구성에 한정되는 것은 아니다.
멀티플렉서(201A)는 필터(211, 212)를 가진다. 멀티플렉서(201B)는 필터(221, 222)를 가진다. 멀티플렉서(201A, 201B)는 스위치(225)를 통해 안테나 소자(202)에 접속된다. 이와 같이 상기 멀티플렉서는 2개의 필터의 안테나 단자가 공통화된 듀플렉서여도 된다.
더욱이, 상기 멀티플렉서는, 예를 들면 3개의 필터 안테나 단자가 공통화된 트리플렉서나, 6개의 필터의 안테나 단자가 공통화된 헥사플렉서 등 3 이상의 필터를 포함하는 멀티플렉서에 대해서도 적용할 수 있다.
즉, 상기 멀티플렉서는 듀플렉서, 3 이상의 필터를 포함하는 멀티플렉서를 포함한다. 그리고 상기 멀티플렉서는 송신 필터 및 수신 필터 쌍방을 포함하는 구성에 한정되지 않고, 송신 필터만 혹은 수신 필터만 포함하는 구성이어도 상관없다.
스위치(225)는 제어부(도시하지 않음)로부터의 제어 신호에 따라, 안테나 소자(202)와 소정의 밴드에 대응하는 신호 경로를 접속하고, 예를 들면, SPDT(Single Pole Double Throw)형 스위치에 의해 구성된다. 한편, 안테나 소자(202)와 접속되는 신호 경로는 하나에 한정되지 않고, 복수개여도 된다. 즉, 고주파 프론트 엔드 회로(230)는 캐리어 어그리게이션에 대응하고 있어도 된다.
로우 노이즈 앰프 회로(214)는 안테나 소자(202), 스위치(225) 및 멀티플렉서(201A)를 경유한 고주파 신호(여기서는 고주파 수신 신호)를 증폭시키고, RF신호 처리 회로(203)에 출력하는 수신 증폭 회로이다. 로우 노이즈 앰프 회로(224)는 안테나 소자(202), 스위치(225) 및 멀티플렉서(201B)를 경유한 고주파 신호(여기서는 고주파 수신 신호)를 증폭시키고, RF신호 처리 회로(203)에 출력하는 수신 증폭 회로이다.
파워앰프 회로(234a, 234b)는 RF신호 처리 회로(203)로부터 출력된 고주파신호(여기서는 고주파 송신 신호)를 증폭시키고, 멀티플렉서(201A) 및 스위치(225)를 경유하여 안테나 소자(202)에 출력하는 송신 증폭 회로이다. 파워앰프 회로(244a, 244b)는 RF신호 처리 회로(203)로부터 출력된 고주파 신호(여기서는 고주파 송신 신호)를 증폭시키고, 멀티플렉서(201B) 및 스위치(225)를 경유하여 안테나 소자(202)에 출력하는 송신 증폭 회로이다.
RF신호 처리 회로(203)는, 안테나 소자(202)로부터 수신 신호 경로를 통해 입력된 고주파 수신 신호를 다운 컨버트 등에 의해 신호 처리하고, 상기 신호를 처리하여 생성된 수신 신호를 출력한다. 또한, RF신호 처리 회로(203)는 입력된 송신 신호를 업 컨버트 등에 의해 신호 처리하고, 상기 신호 처리 하여 생성된 고주파 송신 신호를 로우 노이즈 앰프 회로(224)에 출력한다. RF신호 처리 회로(203)는, 예를 들면 RFIC이다. 한편, 통신 장치는 BB(베이스 밴드)IC를 포함하고 있어도 된다. 이 경우, BBIC는 RFIC로 처리된 수신 신호를 신호 처리한다. 또한, BBIC는 송신 신호를 신호 처리하고, RFIC에 출력한다. BBIC로 처리된 수신 신호나, BBIC가 신호 처리하기 전의 송신 신호는, 예를 들면, 화상 신호나 음성 신호 등이다. 한편, 고주파 프론트 엔드 회로(230)는 상술한 각 구성 요소 사이에 다른 회로 소자를 포함하고 있어도 된다.
한편, 고주파 프론트 엔드 회로(230)는 상기 멀티플렉서(201A, 201B) 대신에 멀티플렉서(201A, 201B)의 변형예에 따른 멀티플렉서를 포함하고 있어도 된다.
한편, 통신 장치(240)에서의 필터(231, 232)는 로우 노이즈 앰프 회로(214, 224) 및 파워앰프 회로(234a, 234b, 244a, 244b)를 통하지 않고, RF신호 처리 회로(203)와 스위치(225) 사이에 접속되어 있다. 필터(231, 232)도 멀티플렉서(201A, 201B)와 마찬가지로, 스위치(225)를 통해 안테나 소자(202)에 접속된다.
이상와 같이 구성된 고주파 프론트 엔드 회로(230) 및 통신 장치(240)에 의하면, 본 발명의 멀티플렉서를 포함함으로써, 주파수 대역이 낮은 대역통과형 필터의 영향에 의해, 주파수 대역이 높은 대역통과형 필터의 필터 특성이 열화되기 어렵다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 따른 멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치에 대해, 실시 형태를 들어 설명했는데, 본 발명은 상기 실시 형태에서의 임의의 구성 요소를 조합하여 실현되는 다른 실시 형태나, 상기 실시 형태에 대하여 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서 당업자가 생각해내는 각종 변형을 실시하여 얻어지는 변형예나, 본 발명에 따른 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치를 내장한 각종 기기도 본 발명에 포함된다.
본 발명은 멀티 밴드 시스템에 적용할 수 있는 멀티플렉서, 프론트 엔드 회로 및 통신 장치로서, 휴대 전화기 등의 통신기기에 널리 이용할 수 있다.
1: 멀티플렉서
2: 공통 단자
3~5: 제1~제3 대역통과형 필터
11, 21, 31: 탄성파 장치
12: 지지기판
13: 압전체
14: IDT전극
15, 16: 반사기
22: 저음속 재료층
32: 고음속 재료층
201A, 201B: 멀티플렉서
202: 안테나 소자
203: RF신호 처리 회로
211, 212: 필터
214: 로우 노이즈 앰프 회로
221, 222: 필터
224: 로우 노이즈 앰프 회로
225: 스위치
230: 고주파 프론트 엔드 회로
231, 232: 필터
234a, 234b: 파워앰프 회로
240: 통신 장치
244a, 244b: 파워앰프 회로
2: 공통 단자
3~5: 제1~제3 대역통과형 필터
11, 21, 31: 탄성파 장치
12: 지지기판
13: 압전체
14: IDT전극
15, 16: 반사기
22: 저음속 재료층
32: 고음속 재료층
201A, 201B: 멀티플렉서
202: 안테나 소자
203: RF신호 처리 회로
211, 212: 필터
214: 로우 노이즈 앰프 회로
221, 222: 필터
224: 로우 노이즈 앰프 회로
225: 스위치
230: 고주파 프론트 엔드 회로
231, 232: 필터
234a, 234b: 파워앰프 회로
240: 통신 장치
244a, 244b: 파워앰프 회로
Claims (13)
- 공통 단자와,
상기 공통 단자에 접속되며, 제1 통과대역을 가지는 제1 대역통과형 필터와,
상기 공통 단자에 접속되며, 상기 제1 통과대역보다도 주파수가 높은 제2 통과대역을 가지는 제2 대역통과형 필터를 포함하고,
상기 제1 대역통과형 필터가
지지기판과,
상기 지지기판 상에 적층된 압전체와,
상기 압전체 상에 마련된 IDT전극을 포함하는 탄성파 장치를 가지며,
상기 압전체는 니오브산리튬으로 구성되며,
상기 압전체의 오일러 각(φ, θ, ψ)이 (0°±5°, θ, 0°±10°)의 범위 내이며,
상기 오일러 각에서의 θ가 30° 이상, 34° 이하이고,
상기 탄성파 장치가 레일리파를 이용하고 있으며,
상기 레일리파의 메인모드의 공진주파수보다 저주파수 측의 스퓨리어스의 위상각이 -45°이하인, 멀티플렉서. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 압전체의 막두께는, 상기 IDT전극의 전극지 피치로 정해지는 파장을 λ로 했을 때, 0.1λ 이상, 1.0λ 이하인, 멀티플렉서. - 제1항에 있어서,
상기 지지기판과 상기 압전체 사이에 마련되며, 전파하는 벌크파의 음속이, 상기 압전체를 전파하는 탄성파의 음속보다도 낮은 저음속 재료로 이루어지는 저음속 재료층을 더 포함하는, 멀티플렉서. - 제1항에 있어서,
상기 지지기판을 전파하는 벌크파의 음속이 상기 압전체를 전파하는 탄성파의 음속보다도 높은, 멀티플렉서. - 제4항에 있어서,
상기 지지기판과 상기 저음속 재료층 사이에 마련되며, 전파하는 벌크파의 음속이 상기 압전체를 전파하는 탄성파의 음속보다도 높은 고음속 재료로 이루어지는 고음속 재료층을 더 포함하는, 멀티플렉서. - 제1항에 있어서,
상기 IDT전극이 Pt, Al, Cu, Mo, Au, 및 이들 금속을 포함하는 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종인, 멀티플렉서. - 제1항에 있어서,
상기 지지기판이 질화알루미늄, 산화알루미늄, 탄화규소, 질화규소, 실리콘, 사파이어, 리튬탄탈레이트, 리튬니오베이트, 수정, 알루미나, 지르코니아, 코디에라이트, 멀라이트, 스테타이트, 포스테라이트, 마그네시아, 다이아몬드, 또는 이들 재료를 주성분으로 하는 재료에 의해 구성되는, 멀티플렉서. - 제1항에 있어서,
상기 IDT전극의 두께가, 상기 IDT전극의 전극지 피치로 정해지는 파장을 λ로 했을 때, 0.02λ 이상인, 멀티플렉서. - 제9항에 있어서,
상기 IDT전극의 두께가, 상기 IDT전극의 전극지 피치로 정해지는 파장을 λ로 했을 때, 0.1λ 이하인, 멀티플렉서. - 제1항에 있어서,
상기 멀티플렉서가 캐리어 어그리게이션에 이용되는, 멀티플렉서. - 제1항에 기재된 멀티플렉서와,
파워앰프를 포함하는, 고주파 프론트 엔드 회로. - 제12항에 기재된 고주파 프론트 엔드 회로와,
RF신호 처리 회로를 포함하는, 통신 장치.
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2019
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