WO2023128417A1

WO2023128417A1 - Saw 공진기 설계방법, saw 필터 및 그 설계방법, 이를 기록한 컴퓨팅 장치에서 판독 가능한 기록매체

Info

Publication number: WO2023128417A1
Application number: PCT/KR2022/020440
Authority: WO
Inventors: 유대규; 민경준; 김경오
Original assignee: 주식회사 와이팜
Priority date: 2021-12-29
Filing date: 2022-12-15
Publication date: 2023-07-06
Also published as: KR20230101027A

Abstract

본 발명은 SAW 공진기의 재료를 변경하거나 제조공정을 변경하지 않고 SAW 공진기의 IDT 전극에 있어서 입력 IDT 핑거, 출력 IDT 핑거, 핑거 간의 간격 등의 구조를 최적 조건으로 설계함으로써 SAW 공진기의 품질인자를 향상시킬 수 있고, 이러한 SAW 공진기를 이용하여 SAW 필터를 구성함으로써 낮은 삽입손실과 향상된 주파수 특성을 얻을 수 있도록 하는 SAW 공진기 설계방법, SAW 필터 및 그 설계방법, 그리고 이를 기록한 컴퓨팅 장치에서 판독 가능한 기록매체를 제공하기 위한 것이다.

Description

SAW 공진기 설계방법, SAW 필터 및 그 설계방법, 이를 기록한 컴퓨팅 장치에서 판독 가능한 기록매체

본 발명은 모바일 통신기기 등에 사용되는 공진기나 대역 필터로서, 압전재료의 압전효과를 이용하여 전기 신호를 압전재료의 표면탄성파(SAW: Surface Acoustic Wave)로 변환하고 그 변환된 표면탄성파(SAW)를 다시 전기 신호로 변환하는 표면탄성파 공진기(이하 "SAW 공진기"라 함) 및 표면탄성파 필터(이하 "SAW 필터"라 함)에 관한 것이다.

스마트폰, 태블릿과 같은 모바일 기기는 작은 크기의 RF 필터를 필요로 하기 때문에 EM wave보다 전파속도가 훨씬 느린 표면탄성파(Surface Acoustic Wave: SAW)나 체적탄성파(Bulk Acoustic Wave: BAW)를 이용한 탄성파 필터(Acoustic Filter)가 주로 이용된다.

이동통신 시스템이 발전함에 따라 현재 3GHz 이하에서 사용 가능한 주파수 밴드는 포화상태이다. 따라서 3GHz 이하의 주파수 밴드에서 동작하는 RF(Radio Frequency) 필터는 높은 선택도와 낮은 삽입 손실, 작은 크기 등을 요구한다.

이 모든 요구를 만족시키며 현재 가장 널리 사용되는 필터는 표면 탄성파를 이용한 필터로서 SAW 필터의 선택도와 삽입 손실 등을 향상시키기 위해서는 필터를 구성하는 SAW 공진기의 품질인자(Q-factor)를 향상시켜야 한다.

SAW 필터는 여러 1 포트(port) 또는 2 포트 SAW 공진기(SAW Resonator)가 직렬 혹은 병렬 연결되어 설계되기 때문에, SAW 필터의 품질인자(Q값)를 향상시키기 위해서는 근본적으로 1 포트 또는 2 포트 SAW 공진기의 품질인자(Q값)를 향상시켜야만 한다.

종래 SAW 공진기의 품질인자 향상은 SAW 공진기를 구성하는 압전기판의 압전물질(piezoelectric material)이나 압전물질의 결정방향을 바꾸는 방향으로 발전하거나 공정을 변경하는 방향으로 발전하였다.

그러나, SAW 공진기의 품질인자를 향상시키기 위하여 압전기판을 이루는 압전물질을 변경거나 그 결정방향을 변경하거나 제조공정을 변경하는 등의 방법은 SAW 공진기의 가격을 상승시키는 등의 문제가 있었다.

[선행기술문헌]

일본공개특허공보 제2021-500838호

한국공개특허공보 제2014-0077463호

한국공개특허공보 제2006-0120007호

본 발명은 SAW 공진기의 재료를 변경하거나 제조공정을 변경하지 않고 SAW 공진기의 IDT 전극의 구조를 변경하여 IDT 전극에서 생성되는 표면탄성파(SAW)의 파동을 변조시킴으로써 SAW 공진기 자체에서 구현할 수 있는 최적의 품질인자를 갖도록 할 수 있는 SAW 공진기 설계방법, SAW 필터 및 그 설계방법, 그리고 이를 기록한 컴퓨팅 장치에서 판독 가능한 기록매체를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 SAW 공진기의 설계방법은, 압전기판과, 상기 압전기판에 구비되어 전기신호와 표면탄성파 사이의 변환을 하는 IDT전극을 포함하는 SAW 공진기의 설계방법으로서, 상기 IDT전극은 복수의 입력 IDT 핑거와 복수의 출력 IDT 핑거를 포함하고, 상기 입력 IDT 핑거와 출력 IDT 핑거 사이에 입력 간격부가 형성되고 상기 출력 IDT 핑거와 다음 입력 IDT 핑거 사이에 출력 간격부가 형성되는 SAW 공진기에 대해, 상기 입력 IDT 핑거과 입력 간격부를 포함하는 영역에서 상기 입력 IDT 핑거가 차지하는 비율인 입력 핑거 메탈리제이션과, 상기 출력 IDT 핑거과 출력 간격부를 포함하는 영역에서 상기 출력 IDT 핑거가 차지하는 비율인 출력 핑거 메탈리제이션을 각각 매개변수로 정의하는 단계; 및 상기 입력 핑거 메탈리제이션과 출력 핑거 메탈리제이션 각각의 설정값을 변화시키면서 선택된 SAW 공진기의 품질인자의 범위를 만족시키는 설정값을 찾는 단계를 포함한다.

또한 바람직하게는, 상기 매개변수로 정의하는 단계는, 상기 입력 IDT 핑거로부터 상기 출력 간격부까지의 주기의 절반으로 정의되는 구간 길이를 상기 입력 핑거 메탈리제이션 및 출력 핑거 메탈리제이션과 함께 매개변수로 정의하는 단계를 더 포함하며, 상기 품질인자의 범위를 만족시키는 설정값을 찾는 단계는, 상기 SAW 공진기의 품질인자의 범위를 만족시킬 수 있도록 상기 구간 길이, 입력 핑거 메탈리제이션 및 출력 핑거 메탈리제이션 각각의 설정값을 찾는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 입력 핑거 메탈리제이션과 상기 출력 핑거 메탈리제이션은 0.40 - 0.60 범위 내에서 각각 선택된 값으로 설정되는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 SAW 필터 설계방법은, 압전기판과, 상기 압전기판에 구비되어 전기신호와 표면탄성파 사이의 변환을 하는 IDT전극을 포함하는 SAW 공진기 복수개를 직렬 및 병렬로 연결하여 SAW 필터를 설계하는 방법으로서, 상기 IDT전극은 복수의 입력 IDT 핑거와 복수의 출력 IDT 핑거를 포함하고, 상기 입력 IDT 핑거와 출력 IDT 핑거 사이에 입력 간격부가 형성되고 상기 출력 IDT 핑거와 다음 입력 IDT 핑거 사이에 출력 간격부가 형성되는 SAW 공진기 복수개를 직렬 및 병렬로 연결하는 SAW 필터에 대해, 상기 직렬 및 병렬로 연결되는 각 SAW 공진기에서, 상기 입력 IDT 핑거과 입력 간격부를 포함하는 영역에서 상기 입력 IDT 핑거가 차지하는 비율인 입력 핑거 메탈리제이션과, 상기 출력 IDT 핑거과 출력 간격부를 포함하는 영역에서 상기 출력 IDT 핑거가 차지하는 비율인 출력 핑거 메탈리제이션을 각각 매개변수로 정의하는 단계; 및 상기 입력 핑거 메탈리제이션과 출력 핑거 메탈리제이션 각각의 설정값을 변화시키면서 선택된 SAW 필터의 품질인자의 범위를 만족시키는 설정값을 찾는 단계를 포함한다.

또한 바람직하게는, 상기 SAW 필터에 있어서 직렬로 연결되는 복수의 SAW 공진기 각각에 대해, 상기 입력 핑거 메탈리제이션은 0.41 ~ 0.48 범위 내에서 선택된 값으로 설정되고, 상기 출력 핑거 메탈리제이션은 0.52 ~ 0.59 범위 내에서 선택된 값으로 설정되는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 SAW 필터에 있어서 병렬로 연결되는 복수의 SAW 공진기 각각에 대해, 상기 입력 핑거 메탈리제이션은 0.52 ~ 0.55 범위 내에서 선택된 값으로 설정되고, 상기 출력 핑거 메탈리제이션은 0.48 ~ 0.55 범위 내에서 선택된 값으로 설정되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기한 바와 같은 SAW 필터의 설계방법을 기록한 컴퓨팅 장치에 의해 판독 가능한 기록매체를 포함한다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 SAW 필터는, 압전기판과, 상기 압전기판에 구비되어 전기신호와 표면탄성파 사이의 변환을 하는 IDT전극을 포함하는 SAW 공진기 복수개를 직렬 및 병렬로 연결하여 구성된 SAW 필터로서, 상기 복수개의 SAW 공진기 각각은, 상기 IDT전극은 복수의 입력 IDT 핑거와 복수의 출력 IDT 핑거를 포함하고, 상기 입력 IDT 핑거와 출력 IDT 핑거 사이에 입력 간격부가 형성되고 상기 출력 IDT 핑거와 다음 입력 IDT 핑거 사이에 출력 간격부가 형성되도록 구성되며, 직렬로 연결되는 복수의 SAW 공진기 각각에 대해서, 상기 입력 IDT 핑거과 입력 간격부를 포함하는 영역에서 상기 입력 IDT 핑거가 차지하는 비율인 입력 핑거 메탈리제이션은 0.41 ~ 0.48 범위 내의 값을 갖도록 구성되고, 상기 출력 IDT 핑거과 출력 간격부를 포함하는 영역에서 상기 출력 IDT 핑거가 차지하는 비율인 출력 핑거 메탈리제이션은 0.52 ~ 0.59 범위 내의 값을 갖도록 구성되며, 병렬로 연결되는 복수의 SAW 공진기 각각에 대해서, 상기 입력 핑거 메탈리제이션은 0.52 ~ 0.55 범위 내의 값을 갖도록 구성되고, 상기 출력 핑거 메탈리제이션은 0.48 ~ 0.55 범위 내의 값을 갖도록 구성된다.

본 발명에 따른 SAW 공진기 설계방법, SAW 필터 및 그 설계방법, 그리고 이를 기록한 컴퓨팅 장치에서 판독 가능한 기록매체는, SAW 공진기의 재료를 변경하거나 제조공정을 변경하지 않고 SAW 공진기의 IDT 전극에 있어서 입력 IDT 핑거, 출력 IDT 핑거, 핑거 간의 간격 등의 구조를 최적 조건으로 설계함으로써 SAW 공진기의 품질인자를 향상시킬 수 있고, 이러한 SAW 공진기를 이용하여 SAW 필터를 구성함으로써 낮은 삽입손실과 향상된 주파수 특성을 얻을 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SAW 공진기의 설계방법을 설명하기 위한 SAW 공진기의 구조에 대한 x-y 평면 상의 모습을 나타낸 도면이다.

도 2의 (a)는 도 1의 R 부분을 확대하여 나타낸 도면이며, 도 2의 (b)는 (a)에 도시된 부분의 정면(x-z 평면) 상의 모습을 나타낸 도면이다.

도 3은 입력 핑거 메탈리제이션 (Mi)의 변화에 따른 IDT 전극의 캐패시턴스의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 4는 입력 핑거 메탈리제이션이 변화함에 따라 SAW 필터의 직렬로 연결된 공진기의 IDT 전극의 공진주파수가 Srf 곡선 형태로 변화하고, 병렬로 연결된 공진기의 IDT 전극의 공진주파수가 Prf 곡선 형태로 변화하는 것을 나타낸 도면이다.

도 5는 SAW 공진기에 있어서 IDT 전극의 동일한 구간 길이를 갖고 입력 핑거 메탈리제이션과 출력 핑거 메탈리제이션의 값을 변화시켰을 때의 주파수 범위에 따른 품질인자의 변화를 나타낸 도면이다.

도 6은 복수의 SAW 공진기를 직렬 및 병렬로 연결하여 구성한 SAW 필터에 있어서 직렬로 연결된 SAW 공진기(S1)의 입력 핑거 메탈리제이션 및 병렬로 연결된 SAW 공진기(P1)의 입력 핑거 메탈리제이션의 값을 변경함에 따른 주파수와 삽입손실의 관계를 나타낸 그래프이다.

본 발명에 따른 SAW 공진기 설계방법, SAW 필터 및 그 설계방법, 이를 기록한 컴퓨팅 장치에서 판독 가능한 기록매체에 관한 구체적인 내용을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 SAW 공진기의 구성 및 이를 이용한 SAW 공진기의 설계방법에 관하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SAW 공진기의 설계방법을 설명하기 위한 SAW 공진기의 구조에 대한 x-y 평면 상의 모습을 나타낸 도면이고, 도 2의 (a)는 도 1의 R 부분을 확대하여 나타낸 도면이며, 도 2의 (b)는 (a)에 도시된 부분의 정면(x-z 평면) 상의 모습을 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이 SAW 공진기는, 압전효과(Piezoelectric Effect)에 의해 전기에너지를 음향에너지로 변환시키는 압전기판(100)과, 그 압전기판(100) 상에 구비되어 전기신호에 의해 압전기판(100) 상에 표면탄성파(SAW)를 발생시키거나 표면탄성파를 전기신호로 변환하는 IDT 전극(200)과, 상기 IDT 전극(200)에서 발생된 표면탄성파가 외부로 진행하는 것을 상기 IDT 전극(200)로 반사시키도록 상가 IDT 전극(200)의 양 측면에 각각 구비되는 반사기(110, 120)를 포함하여 구성될 수 있다.

SAW 공진기에서 IDT 전극으로 인해 발생하는 표면탄성파는 IDT 전극에서 발생하는 전기장의 영향을 받아 압전기판의 압전물질의 입자(particle)가 변형(deformation)되어 생성되며, 아래의 [수학식 1]의 관계를 갖는다.

여기서, S는 응력(stress)을, T는 변형률(strain)을, u는 압전물질의 입자 변위(particle displacement)를, v는 압전물질의 입자 속도(particle velocity)를, 그리고 ρ는 질량밀도(mass density)를 나타낸다. 상기한 T와 S는 아래의 [수학식 2]를 만족시킨다.

여기서, c는 강성계수(stiffness tensor)이고, η는 점성계수(viscosity tensor)이다. Body force가 없는 lossless media를 가정하면, T와 S는 아래 [수학식 3]과 같이 나타낼 수 있다.

위 [수학식 3]으로부터 IDT 전극에 의해 생성되는 표면탄성파의 속도 v는 아래 [수학식 4]와 같이 나타낼 수 있다.

따라서, SAW 공진기의 IDT 전극의 구조를 변경함으로써, 예컨대 입력 IDT 핑거의 폭, 출력 IDT 핑거의 폭, 입력 간격부의 폭, 출력 간격부의 폭 등을 변경함으로써 압전기판에 가하는 변형률(strain) T, 압전물질을 통과할 때의 표면탄성파의 속도 v, IDT 전극에서 생성된 표면탄성파로부터 출력 IDT 핑거에 주는 변형률 T 등을 변형하면 품질인자를 개선할 수 있다.

압전기판(100) 상에 구비된 IDT 전극(200)은 금속으로 형성되며, 도 1에 도시된 바와 같이 IDT 전극(200)은 입력 IDT 전극부(210)와 출력 IDT 전극부(220)로 구분된다. 입력 IDT 전극부(210)는 positive potential을 갖고 출력 IDT 전극부(220)는 negative potential을 갖는다.

입력 IDT 전극부(210)는 다수의 입력 IDT 핑거(214, 215 등)와, 각 입력 IDT 핑거를 전기적으로 연결하는 입력 버스바(212)를 포함하며, 출력 IDT 전극부(220)는 다수의 출력 IDT 핑거(224, 225 등)와, 각 출력 IDT 핑거를 전기적으로 연결하는 출력 버스바(222)를 포함한다.

또한, 각 입력 IDT 핑거(214, 215 등)와 각 출력 IDT 핑거(224, 225 등)는 하나씩 교대로 배치되며, 입력 IDT 핑거과 출력 IDT 핑거 사이에는 소정 거리를 두고 간격부(234, 235 등)가 형성된다.

상기 핑거와 핑거 사이의 간격부는 입력 간격부(234)와 출력 간격부(235)로 구분되는데, 입력 IDT 핑거(214) 및 이와 인접한 출력 IDT 핑거(225) 사이에 입력 간격부(234)가 형성되고, 출력 IDT 핑거(225) 및 이와 인접한 다음 입력 IDT 핑거(215) 사이에 출력 간격부(235)가 형성된다.

도 2의 (a)는 도 1에 도시된 R 부분을 확대하여 나타낸 것인데, i번째 입력 IDT 핑거(214), i번째 입력 간격부(234), i번째 출력 IDT 핑거(225), 그리고 i+1번째 입력 IDT 핑거(215)의 일부분을 확대하여 나타낸 것이다.

도 2의 (a)는 도 1의 R 부분을 x-y 평면에서 나타내었다면 도 2의 (b)는 (a)에 도시된 부분과 대응되도록 x-z 평면으로 나타낸 것이다.

도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, i번째 입력 IDT 핑거(214)와 i번째 출력 IDT 핑거(225)와 i+1번째 입력 IDT 핑거(215)의 두께(t)는 동일한 것으로 가정하고, i번째 입력 IDT 핑거(214)와 i번째 출력 IDT 핑거(225) 사이에는 i번째 입력 간격부(234)가 형성되고, i번째 출력 IDT 핑거(225)와 i+1번째 입력 IDT 핑거(215) 사이에는 i번째 출력 간격부(235)가 형성된다.

이때, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, i번째 입력 IDT 핑거(214)의 폭은 Wi_(i)이고, i번째 출력 IDT 핑거(225)의 폭은 Wo_(i)이며, i+1번째 입력 IDT 핑거(215)의 폭은 Wi_(i+1)이다. 그리고, i번째 입력 IDT 핑거(214)와 i번째 출력 IDT 핑거(225) 사이의 입력 간격부(234)의 폭은 Si_(i)이고, i번째 출력 IDT 핑거(225)와 i+1번째 입력 IDT 핑거(215) 사이의 출력 간격부(235)의 폭은 So_(i)이다.

도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, i번째 입력 IDT 핑거(214)의 끝에서 x방향으로 i번째 출력 간격부(235)와 i+1번째 입력 IDT 핑거(215)가 만나는 지점까지의 길이를 주기(λ)라 하기로 한다.

즉, IDT 전극의 주기(λ)는 다음과 같이 정의될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 SAW 공진기, SAW 필터의 설계방법은 SAW 공진기의 재료를 변경하거나 제조공정을 변경하지 않고 SAW 공진기의 IDT 전극에 있어서 입력 IDT 핑거, 출력 IDT 핑거, 핑거 간의 간격 등의 구조를 최적 조건으로 설계함으로써 SAW 공진기의 품질인자를 향상시킬 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이고, 이와 같은 설계를 위해서는 IDT 전극의 구조에 관한 몇 가지 매개변수를 정의할 필요가 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 SAW 공진기, SAW 필터의 설계방법에서 중요한 매개변수로서 상기한 IDT 전극의 주기(λ)의 절반인 구간 길이(Period Length: Lp)를 정의하여 사용할 수 있다.

또한, 상기한 중요한 매개변수로서, 입력 IDT 핑거(214)과 입력 간격부(234)를 포함하는 영역에서 입력 IDT 핑거(214)가 차지하는 비율인 입력 핑거 메탈리제이션(Mi)과, 출력 IDT 핑거(225)과 출력 간격부(235)를 포함하는 영역에서 출력 IDT 핑거(225)가 차지하는 비율인 출력 핑거 메탈리제이션(Mo)을 각각 정의하여 사용할 수 있다.

즉, 입력 핑거 메탈리제이션(Mi)은 입력 IDT 전극의 전체 면적 중에서 입력 IDT 핑거(금속)가 차지하는 비율로서 정의할 수 있고, 출력 핑거 메탈리제이션(Mo)은 출력 IDT 전극의 전체 면적 중에서 출력 IDT 핑거(금속)가 차지하는 비율로서 정의할 수 있다. 수식으로 나타내면 i번째 입력 핑거 메탈리제이션 Mi_(i)와 i번째 출력 핑거 메탈리제이션 Mo_(i)는 아래의 [수학식 1]로서 정의될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 SAW 공진기, SAW 필터의 설계방법은, 상기한 구간 길이(Lp)와, 상기한 입력 핑거 메탈리제이션(Mi) 및 출력 핑거 메탈리제이션(Mo)을 매개변수로 정의하고, 이러한 구간 길이(Lp), 입력 핑거 메탈리제이션(Mi), 출력 핑거 메탈리제이션(Mo) 각각의 설정값을 변화시키면서 선택된 SAW 공진기의 품질인자의 범위를 만족시키는 설정값을 찾을 수 있고, 그와 같은 매개변수의 조정에 의해 최적의 품질인자를 갖는 SAW 공진기를, 그리고 이를 이용한 SAW 필터를 설계할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, SAW 공진기의 IDT 전극에서 입력 핑거 메탈리제이션 (Mi)이 변화함에 따라 캐패시턴스가 비례하여 변화하는 것을 알 수 있다.

즉, 도 3에서는 입력 핑거 메탈리제이션(Mi)이 0.4 ~ 0.6의 범위에서 변화함에 따라 IDT 전극의 캐패시턴스가 함께 비례하여 변화하고 있음을 나타내고 있다.

위와 동일한 조건의 SAW 공진기 복수개를 직렬 및 병렬로 연결하여 SAW 필터를 구성하는 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 입력 핑거 메탈리제이션(Mi)이 변화함에 따라 SAW 필터의 직렬로 연결된 공진기의 IDT 전극의 공진주파수가 Srf 곡선 형태로 변화하고, 병렬로 연결된 공진기의 IDT 전극의 공진주파수가 Prf 곡선 형태로 변화하는 것을 알 수 있다.

도 4는 입력 핑거 메탈리제이션(Mi)과 출력 핑거 메탈리제이션(Mo)의 값을 같은 값으로 하고 0.4 ~ 0.6까지 변화시켰을 때, 직렬 연결된 SAW 공진기의 공진주파수는 Srf 곡선 형태로 변화하고 병렬 연결된 SAW 공진기의 공진주파수는 Prf 곡선 형태로 변화한다.

도 4에서 보듯이, 입력 핑거 메탈리제이션과 출력 핑거 메탈리제이션의 조합을 적절히 선택하면, 그와 같은 조합을 갖는 SAW 공진기 복수개를 직렬 및 병렬로 연결하여 구성된 SAW 필터에서 원하는 직렬 공진주파수와 병렬 공진주파수를 갖도록 할 수 있다.

여기서, SAW 공진기의 품질인자(Q)는 아래 [수학식 7]과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, ω는 각주파수를 나타내며, τ_gd는 군지연(group delay)으로서

로 계산될 수 있다. S₁₁은 산란계수로부터 계산될 수 있다.

위 [수학식 7]에서 보듯이 품질인자 Q(ω)는 주파수(ω)의 함수이므로, SAW 공진기에 있어서 입력 핑거 메탈리제이션과 출력 핑거 메탈리제이션의 조합을 적절히 선택하면, 원하는 공진주파수의 특성을 갖는 SAW 필터의 설계가 가능하며, 주파수의 함수인 품질인자 역시 향상시킬 수 있다.

즉, SAW 공진기에 있어서 원하는 주파수에서 가장 높은 품질인자를 갖는 입력 핑거 메탈리제이션과 출력 핑거 메탈리제이션의 조합을 찾을 수 있고, 이에 따라 품질인자가 향상된 SAW 공진기 및 SAW 필터의 설계를 할 수 있다.

도 5는 SAW 공진기에 있어서 IDT 전극의 동일한 구간 길이(Lp)를 갖고 입력 핑거 메탈리제이션(Mi)과 출력 핑거 메탈리제이션(Mo)의 값을 변화시켰을 때의 주파수 범위에 따른 품질인자(Q)의 변화를 나타내고 있다.

도 5에서는, SAW 공진기의 IDT 전극의 구간길이(Lp)가 0.8㎛일 때, A1 곡선은 입력 핑거 메탈리제이션과 출력 핑거 메탈리제이션이 각각 0.525일 때의 곡선이고, A2 곡선은 입력 핑거 메탈리제이션과 출력 핑거 메탈리제이션이 각각 0.5일 때의 곡선이며, A3 곡선은 입력 핑거 메탈리제이션과 출력 핑거 메탈리제이션이 각각 0.475일 때의 곡선이다.

도 5에서 보듯이 입력 핑거 메탈리제이션과 출력 핑거 메탈리제이션을 변화시키면서 SAW 공진기의 품질인자를 향상시킬 수 있다는 사실을 알 수 있다.

도 6에서 B1 곡선은 직렬 연결 SAW 공진기(S1)의 입력 핑거 메탈리제이션 값과 병렬 연결 SAW 공진기(P1)의 입력 핑거 메탈리제이션 값이 각각 0.5일 때의 SAW 필터의 주파수 대 삽입손실의 그래프를 나타낸 것이고, B2 곡선은 직렬 연결 SAW 공진기(S1)의 입력 핑거 메탈리제이션 값이 0.4730이고 병렬 연결 SAW 공진기(P1)의 입력 핑거 메탈리제이션 값이 0.55일 때의 SAW 필터의 주파수 대 삽입손실의 그래프를 나타낸 것이다.

도 6에서 보듯이, 입력 핑거 메탈리제이션 값의 변화에 따라 B1 곡선에서 B2 곡선으로 변화함으로써 Passband에서 Rejection으로 도달하는 주파수 구간이 도 6에 도시된 바와 같이 a 만큼 더 짧아지고, 삽입손실도 B1 곡선의 경우에 비해 B2 곡선의 경우가 더 향상되었음을 알 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 SAW 필터는 복수의 SAW 공진기가 직렬 및 병렬로 연결되어 구성되며, 직렬로 연결되는 복수의 SAW 공진기의 입력 핑거 메탈리제이션은 0.41 ~ 0.48 범위 내의 값을 갖도록 하고 출력 핑거 메탈리제이션은 0.52 ~ 0.59 범위 내의 값을 갖도록 하며, 병렬로 연결되는 복수의 SAW 공진기의 입력 핑거 메탈리제이션은 0.52 ~ 0.55 범위 내의 값을 갖도록 하고 출력 핑거 메탈리제이션은 0.48 ~ 0.55 범위 내의 값을 갖도록 구성함으로써 품질인자가 더욱 향상된 SAW 필터를 얻을 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 SAW 공진기 설계방법, SAW 필터 및 그 설계방법은 SAW 공진기의 재료를 변경하거나 제조공정을 변경하지 않고 SAW 공진기의 IDT 전극에 있어서 입력 IDT 핑거, 출력 IDT 핑거, 핑거 간의 간격 등의 구조를 최적 조건으로 설계함으로써 SAW 공진기의 품질인자를 향상시킬 수 있고, 이러한 SAW 공진기를 이용하여 SAW 필터를 구성함으로써 낮은 삽입손실과 향상된 주파수 특성을 얻을 수 있는 특장점이 있다.

본 발명에 따른 SAW 공진기 설계방법, SAW 필터 및 그 설계방법, 이를 기록한 컴퓨팅 장치에서 판독 가능한 기록매체는, 해당 설계방법에 따른 프로세스를 알고리즘으로 구현하여 해당 기능을 수행하는 소프트웨어 또는 그와 같은 기능을 수행하는 컴퓨터나 SAW 공진기 또는 필터의 설계나 제작을 위한 장비에 적용하여 SAW 공진기나 SAW 필터의 설계를 위한 기술분야에서 산업상 이용가능성을 갖는다.

Claims

압전기판과, 상기 압전기판에 구비되어 전기신호와 표면탄성파 사이의 변환을 하는 IDT전극을 포함하는 SAW 공진기의 설계방법으로서,

상기 IDT전극은 복수의 입력 IDT 핑거와 복수의 출력 IDT 핑거를 포함하고, 상기 입력 IDT 핑거와 출력 IDT 핑거 사이에 입력 간격부가 형성되고 상기 출력 IDT 핑거와 다음 입력 IDT 핑거 사이에 출력 간격부가 형성되는 SAW 공진기에 대해,

상기 입력 IDT 핑거과 입력 간격부를 포함하는 영역에서 상기 입력 IDT 핑거가 차지하는 비율인 입력 핑거 메탈리제이션과, 상기 출력 IDT 핑거과 출력 간격부를 포함하는 영역에서 상기 출력 IDT 핑거가 차지하는 비율인 출력 핑거 메탈리제이션을 각각 매개변수로 정의하는 단계; 및

상기 입력 핑거 메탈리제이션과 출력 핑거 메탈리제이션 각각의 설정값을 변화시키면서 선택된 SAW 공진기의 품질인자의 범위를 만족시키는 설정값을 찾는 단계를 포함하는 SAW 공진기의 설계방법.
제1항에 있어서,

상기 매개변수로 정의하는 단계는,

상기 입력 IDT 핑거로부터 상기 출력 간격부까지의 주기의 절반으로 정의되는 구간 길이를 상기 입력 핑거 메탈리제이션 및 출력 핑거 메탈리제이션과 함께 매개변수로 정의하는 단계를 더 포함하며,

상기 품질인자의 범위를 만족시키는 설정값을 찾는 단계는,

상기 SAW 공진기의 품질인자의 범위를 만족시킬 수 있도록 상기 구간 길이, 입력 핑거 메탈리제이션 및 출력 핑거 메탈리제이션 각각의 설정값을 찾는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 SAW 공진기의 설계방법.
제1항에 있어서,

상기 입력 핑거 메탈리제이션과 상기 출력 핑거 메탈리제이션은 0.40 - 0.60 범위 내에서 각각 선택된 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 SAW 공진기 설계방법.
압전기판과, 상기 압전기판에 구비되어 전기신호와 표면탄성파 사이의 변환을 하는 IDT전극을 포함하는 SAW 공진기 복수개를 직렬 및 병렬로 연결하여 SAW 필터를 설계하는 방법으로서,

상기 IDT전극은 복수의 입력 IDT 핑거와 복수의 출력 IDT 핑거를 포함하고, 상기 입력 IDT 핑거와 출력 IDT 핑거 사이에 입력 간격부가 형성되고 상기 출력 IDT 핑거와 다음 입력 IDT 핑거 사이에 출력 간격부가 형성되는 SAW 공진기 복수개를 직렬 및 병렬로 연결하는 SAW 필터에 대해,

상기 직렬 및 병렬로 연결되는 각 SAW 공진기에서, 상기 입력 IDT 핑거과 입력 간격부를 포함하는 영역에서 상기 입력 IDT 핑거가 차지하는 비율인 입력 핑거 메탈리제이션과, 상기 출력 IDT 핑거과 출력 간격부를 포함하는 영역에서 상기 출력 IDT 핑거가 차지하는 비율인 출력 핑거 메탈리제이션을 각각 매개변수로 정의하는 단계; 및

상기 입력 핑거 메탈리제이션과 출력 핑거 메탈리제이션 각각의 설정값을 변화시키면서 선택된 SAW 필터의 품질인자의 범위를 만족시키는 설정값을 찾는 단계를 포함하는 SAW 필터의 설계방법.
제4항에 있어서,

상기 SAW 필터에 있어서 직렬로 연결되는 복수의 SAW 공진기 각각에 대해,

상기 입력 핑거 메탈리제이션은 0.41 ~ 0.48 범위 내에서 선택된 값으로 설정되고, 상기 출력 핑거 메탈리제이션은 0.52 ~ 0.59 범위 내에서 선택된 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 SAW 필터의 설계방법.
제4항에 있어서,

상기 SAW 필터에 있어서 병렬로 연결되는 복수의 SAW 공진기 각각에 대해,

상기 입력 핑거 메탈리제이션은 0.52 ~ 0.55 범위 내에서 선택된 값으로 설정되고, 상기 출력 핑거 메탈리제이션은 0.48 ~ 0.55 범위 내에서 선택된 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 SAW 필터의 설계방법.
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 SAW 필터의 설계방법을 기록한 컴퓨팅 장치에 의해 판독 가능한 기록매체.
압전기판과, 상기 압전기판에 구비되어 전기신호와 표면탄성파 사이의 변환을 하는 IDT전극을 포함하는 SAW 공진기 복수개를 직렬 및 병렬로 연결하여 구성된 SAW 필터로서,

상기 복수개의 SAW 공진기 각각은,

상기 IDT전극은 복수의 입력 IDT 핑거와 복수의 출력 IDT 핑거를 포함하고, 상기 입력 IDT 핑거와 출력 IDT 핑거 사이에 입력 간격부가 형성되고 상기 출력 IDT 핑거와 다음 입력 IDT 핑거 사이에 출력 간격부가 형성되도록 구성되며,

직렬로 연결되는 복수의 SAW 공진기 각각에 대해서, 상기 입력 IDT 핑거과 입력 간격부를 포함하는 영역에서 상기 입력 IDT 핑거가 차지하는 비율인 입력 핑거 메탈리제이션은 0.41 ~ 0.48 범위 내의 값을 갖도록 구성되고, 상기 출력 IDT 핑거과 출력 간격부를 포함하는 영역에서 상기 출력 IDT 핑거가 차지하는 비율인 출력 핑거 메탈리제이션은 0.52 ~ 0.59 범위 내의 값을 갖도록 구성되며,

병렬로 연결되는 복수의 SAW 공진기 각각에 대해서, 상기 입력 핑거 메탈리제이션은 0.52 ~ 0.55 범위 내의 값을 갖도록 구성되고, 상기 출력 핑거 메탈리제이션은 0.48 ~ 0.55 범위 내의 값을 갖도록 구성되는 SAW 필터.