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特表2024-545728ＳＡＷ共振器の設計方法、ＳＡＷフィルター及びその設計方法、並びにこれを実行できるプログラム命令を備えるコンピュータプログラム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-12-10
(54)【発明の名称】ＳＡＷ共振器の設計方法、ＳＡＷフィルター及びその設計方法、並びにこれを実行できるプログラム命令を備えるコンピュータプログラム
(51)【国際特許分類】
H03H 9/145 20060101AFI20241203BHJP
H03H 9/64 20060101ALI20241203BHJP
【ＦＩ】
H03H9/145 Z
H03H9/64 Z
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024539388
(86)(22)【出願日】2022-12-15
(85)【翻訳文提出日】2024-07-18
(86)【国際出願番号】 KR2022020440
(87)【国際公開番号】W WO2023128417
(87)【国際公開日】2023-07-06
(31)【優先権主張番号】10-2021-0190778
(32)【優先日】2021-12-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】510035761
【氏名又は名称】ウィパム，インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＷＩＰＡＭ， ＩＮＣ．
(74)【代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ユ、ダエ キュ
(72)【発明者】
【氏名】ミン、キョウン ジョーン
(72)【発明者】
【氏名】キム、キュン オ
【テーマコード（参考）】
5J097
【Ｆターム（参考）】
5J097AA01
5J097AA13
5J097BB01
5J097BB11
5J097DD01
(57)【要約】
本発明は、ＳＡＷ共振器の材料を変更するか又は製造工程を変更することなしに、ＳＡＷ共振器のＩＤＴ電極において入力ＩＤＴフィンガー、出力ＩＤＴフィンガー、フィンガーの間の間隔などの構造を最適の条件に設計することにより、ＳＡＷ共振器の品質因子を向上させることができ、このようなＳＡＷ共振器を用いてＳＡＷフィルターを構成することにより、低い挿入損失と向上した周波数特性を得ることができるようにするＳＡＷ共振器の設計方法、ＳＡＷフィルター及びその設計方法、並びにこれを実行できるプログラム命令を備えるコンピュータプログラムを提供するためのものである。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
圧電基板、及び前記圧電基板に備えられ、電気信号と表面弾性波との間の変換を行うＩＤＴ電極を含むＳＡＷ共振器の設計方法であって、前記ＩＤＴ電極は複数の入力ＩＤＴフィンガー及び複数の出力ＩＤＴフィンガーを含み、前記入力ＩＤＴフィンガーと出力ＩＤＴフィンガーとの間に入力間隔部が形成され、前記出力ＩＤＴフィンガーと次の入力ＩＤＴフィンガーとの間に出力間隔部が形成されるＳＡＷ共振器において、
前記入力ＩＤＴフィンガー及び入力間隔部を含む領域で前記入力ＩＤＴフィンガーが占める比である入力フィンガーメタライゼーション、及び前記出力ＩＤＴフィンガー及び出力間隔部を含む領域で前記出力ＩＤＴフィンガーが占める比である出力フィンガーメタライゼーションをそれぞれ媒介変数と定義する段階と、
前記入力フィンガーメタライゼーション及び出力フィンガーメタライゼーションのそれぞれの設定値を変化させながら選択されたＳＡＷ共振器の品質因子の範囲を満たす設定値を捜す段階と、を含む、ＳＡＷ共振器の設計方法。
【請求項2】
前記媒介変数と定義する段階は、前記入力ＩＤＴフィンガーから前記出力間隔部までの周期の半分と定義される区間長を前記入力フィンガーメタライゼーション及び出力フィンガーメタライゼーションと一緒に媒介変数と定義する段階をさらに含み、
前記品質因子の範囲を満たす設定値を捜す段階は、
前記ＳＡＷ共振器の品質因子の範囲を満たすように、前記区間長、入力フィンガーメタライゼーション及び出力フィンガーメタライゼーションのそれぞれの設定値を捜す段階を含む、請求項１に記載のＳＡＷ共振器の設計方法。
【請求項3】
前記入力フィンガーメタライゼーション及び前記出力フィンガーメタライゼーションは０．４０－０．６０の範囲内でそれぞれ選択された値と設定される、請求項１に記載のＳＡＷ共振器の設計方法。
【請求項4】
圧電基板、及び前記圧電基板に備えられ、電気信号と表面弾性波との間の変換を行うＩＤＴ電極を含む複数のＳＡＷ共振器を直列及び並列に連結してＳＡＷフィルターを設計する方法であって、前記ＩＤＴ電極は複数の入力ＩＤＴフィンガー及び複数の出力ＩＤＴフィンガーを含み、前記入力ＩＤＴフィンガーと出力ＩＤＴフィンガーとの間に入力間隔部が形成され、前記出力ＩＤＴフィンガーと次の入力ＩＤＴフィンガーとの間に出力間隔部が形成される複数のＳＡＷ共振器を直列及び並列に連結するＳＡＷフィルターにおいて、
前記直列及び並列に連結される各ＳＡＷ共振器で、前記入力ＩＤＴフィンガー及び入力間隔部を含む領域で前記入力ＩＤＴフィンガーが占める比である入力フィンガーメタライゼーション、及び前記出力ＩＤＴフィンガー及び出力間隔部を含む領域で前記出力ＩＤＴフィンガーが占める比である出力フィンガーメタライゼーションをそれぞれ媒介変数と定義する段階と、
前記入力フィンガーメタライゼーション及び出力フィンガーメタライゼーションのそれぞれの設定値を変化させながら選択されたＳＡＷフィルターの品質因子の範囲を満たす設定値を捜す段階と、を含む、ＳＡＷフィルターの設計方法。
【請求項5】
前記ＳＡＷフィルターにおける直列に連結される複数のＳＡＷ共振器のそれぞれにおいて、前記入力フィンガーメタライゼーションは０．４１～０．４８の範囲内で選択された値と設定され、前記出力フィンガーメタライゼーションは０．５２～０．５９の範囲内で選択された値と設定される、請求項４に記載のＳＡＷフィルターの設計方法。
【請求項6】
前記ＳＡＷフィルターにおける並列に連結される複数のＳＡＷ共振器のそれぞれにおいて、前記入力フィンガーメタライゼーションは０．５２～０．５５の範囲内で選択された値と設定され、前記出力フィンガーメタライゼーションは０．４８～０．５５の範囲内で選択された値と設定される、請求項４に記載のＳＡＷフィルターの設計方法。
【請求項7】
請求項４～６のいずれか一項に記載のＳＡＷフィルターの設計方法を実行できるプログラム命令を備えるコンピュータプログラム。
【請求項8】
圧電基板、及び前記圧電基板に備えられて電気信号と表面弾性波の間の変換をするＩＤＴ電極を含む複数のＳＡＷ共振器を直列及び並列に連結して構成されたＳＡＷフィルターであって、前記複数のＳＡＷ共振器のそれぞれにおいて、
前記ＩＤＴ電極は複数の入力ＩＤＴフィンガー及び複数の出力ＩＤＴフィンガーを含み、前記入力ＩＤＴフィンガーと出力ＩＤＴフィンガーとの間に入力間隔部が形成され、前記出力ＩＤＴフィンガーと次の入力ＩＤＴフィンガーとの間に出力間隔部が形成されるように構成され、
直列に連結される複数のＳＡＷ共振器のそれぞれにおいて、前記入力ＩＤＴフィンガー及び入力間隔部を含む領域で前記入力ＩＤＴフィンガーが占める比である入力フィンガーメタライゼーションは０．４１～０．４８の範囲内の値を有するように構成され、前記出力ＩＤＴフィンガー及び出力間隔部を含む領域で前記出力ＩＤＴフィンガーが占める比である出力フィンガーメタライゼーションは０．５２～０．５９の範囲内の値を有するように構成され、
並列に連結される複数のＳＡＷ共振器のそれぞれにおいて、前記入力フィンガーメタライゼーションは０．５２～０．５５の範囲内の値を有するように構成され、前記出力フィンガーメタライゼーションは０．４８～０．５５の範囲内の値を有するように構成される、ＳＡＷフィルター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はモバイル通信機器などに使用される共振器や帯域フィルターであって、圧電材料の圧電効果を用いて電気信号を圧電材料の表面弾性波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）に変換し、その変換された表面弾性波（ＳＡＷ）を再び電気信号に変換する表面弾性波共振器（以下、「ＳＡＷ共振器」と言う）及び表面弾性波フィルター（以下、「ＳＡＷフィルター」と言う）に関する。
【背景技術】
【0002】
スマートフォン、タブレットのようなモバイル機器は小さなサイズのＲＦフィルターを必要とするので、ＥＭ ｗａｖｅよりも電波速度がずっと遅い表面弾性波（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ：ＳＡＷ）又はバルク弾性波（Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ：ＢＡＷ）を用いた弾性波フィルター（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｆｉｌｔｅｒ）が主に用いられる。
【0003】
移動通信システムが発展するのに伴って、現在３ＧＨｚ以下で使用可能な周波数帯域は飽和状態である。したがって、３ＧＨｚ以下の周波数帯域で動作するＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）フィルターは、高い選択度、低い挿入損失、小さな大きさなどを要求する。
【0004】
このようなすべての要求を満たして現在一番広く使用されているフィルターは表面弾性波を用いたフィルターであり、ＳＡＷフィルターの選択度、挿入損失などを向上させるためには、フィルターを構成するＳＡＷ共振器の品質因子（Ｑ－ｆａｃｔｏｒ）を向上させなければならない。
【0005】
ＳＡＷフィルターは、多くの１ポート（ｐｏｒｔ）又は２ポートＳＡＷ共振器（ＳＡＷ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）が直列に又は並列に連結されて設計されるので、ＳＡＷフィルターの品質因子（Ｑ値）を向上させるためには、根本的に１ポート又は２ポートＳＡＷ共振器の品質因子（Ｑ値）を向上させなければならない。
【0006】
従来、ＳＡＷ共振器の品質因子の向上はＳＡＷ共振器を構成する圧電基板の圧電物質（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌ）又は圧電物質の結晶方向を変える方向に発展するか又は工程を変更する方向に発展した。
【0007】
しかし、ＳＡＷ共振器の品質因子を向上させるために、圧電基板を成す圧電物質を変更するか又はその結晶方向を変更するか又は製造工程を変更するなどの方法は、ＳＡＷ共振器の価格を上昇させるなどの問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特表２０２１－５００８３８号公報
【0009】
【特許文献2】韓国公開特許第２０１４－００７７４６３号公報
【0010】
【特許文献3】韓国公開特許第２００６－０１２０００７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
本発明はＳＡＷ共振器の材料を変更するか又は製造工程を変更することなしにＳＡＷ共振器のＩＤＴ電極の構造を変更してＩＤＴ電極で生成される表面弾性波（ＳＡＷ）の波動を変造させることにより、ＳＡＷ共振器自体で具現することができる最適の品質因子を持たせることができるＳＡＷ共振器の設計方法、ＳＡＷフィルター及びその設計方法、並びにこれを実行できるプログラム命令を備えるコンピュータプログラムを提供するためのものである。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明の一実施例によるＳＡＷ共振器の設計方法は、圧電基板、及び前記圧電基板に備えられ、電気信号と表面弾性波との間の変換を行うＩＤＴ電極を含むＳＡＷ共振器の設計方法であって、前記ＩＤＴ電極は複数の入力ＩＤＴフィンガー及び複数の出力ＩＤＴフィンガーを含み、前記入力ＩＤＴフィンガーと出力ＩＤＴフィンガーとの間に入力間隔部が形成され、前記出力ＩＤＴフィンガーと次の入力ＩＤＴフィンガーとの間に出力間隔部が形成されるＳＡＷ共振器において、前記入力ＩＤＴフィンガー及び入力間隔部を含む領域で前記入力ＩＤＴフィンガーが占める比である入力フィンガーメタライゼーション、及び前記出力ＩＤＴフィンガー及び出力間隔部を含む領域で前記出力ＩＤＴフィンガーが占める比である出力フィンガーメタライゼーションをそれぞれ媒介変数と定義する段階と、前記入力フィンガーメタライゼーション及び出力フィンガーメタライゼーションのそれぞれの設定値を変化させながら選択されたＳＡＷ共振器の品質因子の範囲を満たす設定値を捜す段階と、を含む。
【0013】
また、好ましくは、前記媒介変数と定義する段階は、前記入力ＩＤＴフィンガーから前記出力間隔部までの周期の半分と定義される区間長を前記入力フィンガーメタライゼーション及び出力フィンガーメタライゼーションと一緒に媒介変数と定義する段階をさらに含み、前記品質因子の範囲を満たす設定値を捜す段階は、前記ＳＡＷ共振器の品質因子の範囲を満たすように、前記区間長、入力フィンガーメタライゼーション及び出力フィンガーメタライゼーションのそれぞれの設定値を捜す段階を含むことを特徴とする。
【0014】
また、好ましくは、前記入力フィンガーメタライゼーション及び前記出力フィンガーメタライゼーションは０．４０－０．６０の範囲内でそれぞれ選択された値と設定されることを特徴とする。
【0015】
一方、本発明の一実施例によるＳＡＷフィルター設計方法は、圧電基板、及び前記圧電基板に備えられ、電気信号と表面弾性波との間の変換を行うＩＤＴ電極を含む複数のＳＡＷ共振器を直列及び並列に連結してＳＡＷフィルターを設計する方法であって、前記ＩＤＴ電極は複数の入力ＩＤＴフィンガー及び複数の出力ＩＤＴフィンガーを含み、前記入力ＩＤＴフィンガーと出力ＩＤＴフィンガーとの間に入力間隔部が形成され、前記出力ＩＤＴフィンガーと次の入力ＩＤＴフィンガーとの間に出力間隔部が形成される複数のＳＡＷ共振器を直列及び並列に連結するＳＡＷフィルターにおいて、前記直列及び並列に連結される各ＳＡＷ共振器で、前記入力ＩＤＴフィンガー及び入力間隔部を含む領域で前記入力ＩＤＴフィンガーが占める比である入力フィンガーメタライゼーション、及び前記出力ＩＤＴフィンガー及び出力間隔部を含む領域で前記出力ＩＤＴフィンガーが占める比である出力フィンガーメタライゼーションをそれぞれ媒介変数と定義する段階と、前記入力フィンガーメタライゼーション及び出力フィンガーメタライゼーションのそれぞれの設定値を変化させながら選択されたＳＡＷフィルターの品質因子の範囲を満たす設定値を捜す段階と、を含む。
【0016】
また、好ましくは、前記ＳＡＷフィルターにおける直列に連結される複数のＳＡＷ共振器のそれぞれにおいて、前記入力フィンガーメタライゼーションは０．４１～０．４８の範囲内で選択された値と設定され、前記出力フィンガーメタライゼーションは０．５２～０．５９の範囲内で選択された値と設定されることを特徴とする。
【0017】
また、好ましくは、前記ＳＡＷフィルターにおける並列に連結される複数のＳＡＷ共振器のそれぞれにおいて、前記入力フィンガーメタライゼーションは０．５２～０．５５の範囲内で選択された値と設定され、前記出力フィンガーメタライゼーションは０．４８～０．５５の範囲内で選択された値と設定されることを特徴とする。
【0018】
また、本発明は、前述したようなＳＡＷフィルターの設計方法を実行できるプログラム命令を備えるコンピュータプログラムを含む。
【0019】
一方、本発明の一実施例によるＳＡＷフィルターは、圧電基板、及び前記圧電基板に備えられて電気信号と表面弾性波の間の変換をするＩＤＴ電極を含む複数のＳＡＷ共振器を直列及び並列に連結して構成されたＳＡＷフィルターであって、前記複数のＳＡＷ共振器のそれぞれにおいて、前記ＩＤＴ電極は複数の入力ＩＤＴフィンガー及び複数の出力ＩＤＴフィンガーを含み、前記入力ＩＤＴフィンガーと出力ＩＤＴフィンガーとの間に入力間隔部が形成され、前記出力ＩＤＴフィンガーと次の入力ＩＤＴフィンガーとの間に出力間隔部が形成されるように構成され、直列に連結される複数のＳＡＷ共振器のそれぞれにおいて、前記入力ＩＤＴフィンガー及び入力間隔部を含む領域で前記入力ＩＤＴフィンガーが占める比である入力フィンガーメタライゼーションは０．４１～０．４８の範囲内の値を有するように構成され、前記出力ＩＤＴフィンガー及び出力間隔部を含む領域で前記出力ＩＤＴフィンガーが占める比である出力フィンガーメタライゼーションは０．５２～０．５９の範囲内の値を有するように構成され、並列に連結される複数のＳＡＷ共振器のそれぞれにおいて、前記入力フィンガーメタライゼーションは０．５２～０．５５の範囲内の値を有するように構成され、前記出力フィンガーメタライゼーションは０．４８～０．５５の範囲内の値を有するように構成される。
【発明の効果】
【0020】
本発明によるＳＡＷ共振器の設計方法、ＳＡＷフィルター及びその設計方法、並びにこれを実行できるプログラム命令を備えるコンピュータプログラムは、ＳＡＷ共振器の材料を変更するか又は製造工程を変更することなしに、ＳＡＷ共振器のＩＤＴ電極において入力ＩＤＴフィンガー、出力ＩＤＴフィンガー、フィンガーの間の間隔などの構造を最適の条件に設計することにより、ＳＡＷ共振器の品質因子を向上させることができ、このようなＳＡＷ共振器を用いてＳＡＷフィルターを構成することにより、低い挿入損失及び向上した周波数特性を得ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】本発明の一実施例によるＳＡＷ共振器の設計方法を説明するためのＳＡＷ共振器の構造をｘ－ｙ平面上で示す図である。
【0022】
【0023】
【図3】入力フィンガーメタライゼーション（Ｍｉ）の変化によるＩＤＴ電極のキャパシタンスの変化を示すグラフである。
【0024】
【図4】入力フィンガーメタライゼーションが変化することにより、ＳＡＷフィルターの直列に連結された共振器のＩＤＴ電極の共振周波数がＳｒｆ曲線形に変化し、並列に連結された共振器のＩＤＴ電極の共振周波数がＰｒｆ曲線形に変化することを示す図である。
【0025】
【図5】ＳＡＷ共振器においてＩＤＴ電極の同じ区間長を持って入力フィンガーメタライゼーション及び出力フィンガーメタライゼーションの値を変化させたとき、周波数範囲による品質因子の変化を示す図である。
【0026】
【図6】複数のＳＡＷ共振器を直列及び並列に連結して構成したＳＡＷフィルターにおいて直列に連結されたＳＡＷ共振器Ｓ１の入力フィンガーメタライゼーション及び並列に連結されたＳＡＷ共振器Ｐ１の入力フィンガーメタライゼーションの値を変更することによる周波数と挿入損失の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0027】
本発明によるＳＡＷ共振器の設計方法、ＳＡＷフィルター及びその設計方法、並びにこれを実行できるプログラム命令を備えるコンピュータプログラムについての具体的な内容を図面に基づいて詳細に説明する。
【0028】
【0029】
図１は本発明の一実施例によるＳＡＷ共振器の設計方法を説明するためのＳＡＷ共振器の構造をｘ－ｙ平面上で示す図であり、図２の（ａ）は図１のＲ部分を拡大して示す図であり、図２の（ｂ）は（ａ）に示す部分を正面（ｘ－ｚ平面）上で示す図である。
【0030】
図１に示すように、ＳＡＷ共振器は、圧電効果（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｅｆｆｅｃｔ）によって電気エネルギーを音響エネルギーに変換させる圧電基板１００と、その圧電基板１００上に備えられ、電気信号によって圧電基板１００上に表面弾性波（ＳＡＷ）を発生させるか又は表面弾性波を電気信号に変換するＩＤＴ電極２００と、前記ＩＤＴ電極２００で発生した表面弾性波が外部に進行することを前記ＩＤＴ電極２００に反射させるように前記ＩＤＴ電極２００の両側面にそれぞれ備えられる反射器１１０、１２０と、を含んでなることができる。
【0031】
ＳＡＷ共振器で、ＩＤＴ電極によって発生する表面弾性波はＩＤＴ電極で発生する電場の影響を受け、圧電基板の圧電物質の粒子（ｐａｒｔｉｃｌｅ）が変形（ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）して生成され、次の数学式１の関係を有する。
【0032】
【数1】
【0033】
ここで、Ｓは応力（ｓｔｒｅｓｓ）、Ｔは変形率（ｓｔｒａｉｎ）、ｕは圧電物質の粒子変位（ｐａｒｔｉｃｌｅｄｉｓ ｐｌａｃｅｍｅｎｔ）、ｖは圧電物質の粒子速度（ｐａｒｔｉｃｌｅｖｅｌｏｃｉｔｙ）、ρは質量密度（ｍａｓｓ ｄｅｎｓｉｔｙ）を示す。前述したＴ及びＳは以下の数学式２を満たす。
【0034】
【数2】
【0035】
ここで、ｃは剛性係数（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｔｅｎｓｏｒ）であり、ηは粘性係数（ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｔｅｎｓｏｒ）である。物体力（Ｂｏｄｙ ｆｏｒｃｅ）がない無損失媒体（ｌｏｓｓｌｅｓｓ ｍｅｄｉａ）を仮定すると、Ｔ及びＳは次の数学式３のように示すことができる。
【0036】
【数3】
【0037】
前記数学式３からＩＤＴ電極によって生成される表面弾性波の速度ｖは次の数学式４のように示すことができる。
【0038】
【数4】
【0039】
したがって、ＳＡＷ共振器のＩＤＴ電極の構造を変更することにより、例えば入力ＩＤＴフィンガーの幅、出力ＩＤＴフィンガーの幅、入力間隔部の幅、出力間隔部の幅などを変更することにより、圧電基板にかかる変形率（ｓｔｒａｉｎ）Ｔ、圧電物質を通過するときの表面弾性波の速度ｖ、ＩＤＴ電極で生成された表面弾性波から出力ＩＤＴフィンガーに与える変形率Ｔなどを変形すると品質因子を改善することができる。
【0040】
圧電基板１００上に備えられたＩＤＴ電極２００は金属で形成され、図１に示すように、ＩＤＴ電極２００は入力ＩＤＴ電極部２１０及び出力ＩＤＴ電極部２２０に区分される。入力ＩＤＴ電極部２１０は陽電位（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）を有し、出力ＩＤＴ電極部２２０は陰電位（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）を有する。
【0041】
入力ＩＤＴ電極部２１０は、多数の入力ＩＤＴフィンガー（２１４、２１５など）と、各入力ＩＤＴフィンガーを電気的に連結する入力バスバー２１２と、を含み、出力ＩＤＴ電極部２２０は、多数の出力ＩＤＴフィンガー２２４、２２５などと、各出力ＩＤＴフィンガーを電気的に連結する出力バスバー２２２と、を含む。
【0042】
また、各入力ＩＤＴフィンガー２１４、２１５など及び各出力ＩＤＴフィンガー２２４、２２５などは一つずつ交互に配置され、入力ＩＤＴフィンガーと出力ＩＤＴフィンガーとの間には所定の距離を置いて間隔部２３４、２３５などが形成される。
【0043】
前記フィンガーとフィンガーとの間の間隔部は、入力間隔部２３４及び出力間隔部２３５に区分され、入力ＩＤＴフィンガー２１４及びこれに隣接した出力ＩＤＴフィンガー２２５の間に入力間隔部２３４が形成され、出力ＩＤＴフィンガー２２５及びこれに隣接した次の入力ＩＤＴフィンガー２１５の間に出力間隔部２３５が形成される。
【0044】
図２の（ａ）は図１に示したＲ部分を拡大して示すものであり、ｉ番目の入力ＩＤＴフィンガー２１４、ｉ番目の入力間隔部２３４、ｉ番目の出力ＩＤＴフィンガー２２５、及びｉ＋１番目の入力ＩＤＴフィンガー２１５の一部を拡大して示すものである。
【0045】
【0046】
図２の（ｂ）に示すように、ｉ番目の入力ＩＤＴフィンガー２１４、ｉ番目の出力ＩＤＴフィンガー２２５、及びｉ＋１番目の入力ＩＤＴフィンガー２１５の厚さｔは同一であると仮定し、ｉ番目の入力ＩＤＴフィンガー２１４とｉ番目の出力ＩＤＴフィンガー２２５との間にはｉ番目の入力間隔部２３４が形成され、ｉ番目の出力ＩＤＴフィンガー２２５とｉ＋１番目の入力ＩＤＴフィンガー２１５との間にはｉ番目の出力間隔部２３５が形成される。
【0047】
ここで、図２の（ｂ）に示すように、ｉ番目の入力ＩＤＴフィンガー２１４の幅はＷｉ（ｉ）であり、ｉ番目の出力ＩＤＴフィンガー２２５の幅はＷｏ（ｉ）であり、ｉ＋１番目の入力ＩＤＴフィンガー２１５の幅はＷｉ（ｉ＋１）である。そして、ｉ番目の入力ＩＤＴフィンガー２１４とｉ番目の出力ＩＤＴフィンガー２２５との間の入力間隔部２３４の幅はＳｉ（ｉ）であり、ｉ番目の出力ＩＤＴフィンガー２２５とｉ＋１番目の入力ＩＤＴフィンガー２１５との間の出力間隔部２３５の幅はＳｏ（ｉ）である。
【0048】
図２の（ｂ）に示すように、ｉ番目の入力ＩＤＴフィンガー２１４の終端からｘ方向にｉ番目の出力間隔部２３５とｉ＋１番目の入力ＩＤＴフィンガー２１５とが交わる地点までの長さを周期λと言う。
【0049】
すなわち、ＩＤＴ電極の周期λは次のように定義することができる。
【0050】
【数5】
【0051】
本発明の一実施例によるＳＡＷ共振器及びＳＡＷフィルターの設計方法は、ＳＡＷ共振器の材料を変更するか又は製造工程を変更することなしに、ＳＡＷ共振器のＩＤＴ電極において入力ＩＤＴフィンガー、出力ＩＤＴフィンガー、及びフィンガーの間の間隔などの構造を最適の条件に設計してＳＡＷ共振器の品質因子を向上させることができる方法を提供するためのものであり、このような設計のためには、ＩＤＴ電極の構造に係わるいくつかの媒介変数を定義する必要がある。
【0052】
本発明の一実施例によるＳＡＷ共振器及びＳＡＷフィルターの設計方法で重要な媒介変数として、前述したＩＤＴ電極の周期λの半分である区間長（Ｐｅｒｉｏｄ ｌｅｎｇｔｈ：Ｌｐ）を定義して使用することができる。
【0053】
また、前述した重要な媒介変数として、入力ＩＤＴフィンガー２１４及び入力間隔部２３４を含む領域で入力ＩＤＴフィンガー２１４が占める比である入力フィンガーメタライゼーション（Ｍｉ）と、出力ＩＤＴフィンガー２２５及び出力間隔部２３５を含む領域で出力ＩＤＴフィンガー２２５が占める比である出力フィンガーメタライゼーション（Ｍｏ）とをそれぞれ定義して使用することができる。
【0054】
すなわち、入力フィンガーメタライゼーション（Ｍｉ）は入力ＩＤＴ電極の全体面積のうちで入力ＩＤＴフィンガー（金属）が占める比と定義することができ、出力フィンガーメタライゼーション（Ｍｏ）は出力ＩＤＴ電極の全体面積のうちで出力ＩＤＴフィンガー（金属）が占める比と定義することができる。数式で示すと、ｉ番目の入力フィンガーメタライゼーションＭｉ（ｉ）及びｉ番目の出力フィンガーメタライゼーションＭｏ（ｉ）は次の数学式１と定義することができる。
【0055】
【数6】
【0056】
本発明の一実施例によるＳＡＷ共振器及びＳＡＷフィルターの設計方法は、前述した区間長Ｌｐと、前述した入力フィンガーメタライゼーション（Ｍｉ）及び出力フィンガーメタライゼーション（Ｍｏ）とを媒介変数と定義し、このような区間長Ｌｐ、入力フィンガーメタライゼーション（Ｍｉ）、及び出力フィンガーメタライゼーション（Ｍｏ）のそれぞれの設定値を変化させながら選択されたＳＡＷ共振器の品質因子の範囲を満たす設定値を捜すことができ、そのような媒介変数の調整によって最適の品質因子を有するＳＡＷ共振器、及びこれを用いたＳＡＷフィルターを設計することができる。
【0057】
図３は入力フィンガーメタライゼーション（Ｍｉ）の変化によるＩＤＴ電極のキャパシタンスの変化を示すグラフである。
【0058】
図３に示すように、ＳＡＷ共振器のＩＤＴ電極で入力フィンガーメタライゼーション（Ｍｉ）が変化することによってキャパシタンスが比例して変化することが分かる。
【0059】
すなわち、図３は、入力フィンガーメタライゼーション（Ｍｉ）が０．４～０．６の範囲で変化するのに伴ってＩＤＴ電極のキャパシタンスが一緒に比例して変化することを示す。
【0060】
前記と同じ条件の複数のＳＡＷ共振器を直列及び並列に連結してＳＡＷフィルターを構成する場合、図４に示すように、入力フィンガーメタライゼーション（Ｍｉ）が変化するのに伴ってＳＡＷフィルターの直列に連結された共振器のＩＤＴ電極の共振周波数がＳｒｆ曲線形に変化し、並列に連結された共振器のＩＤＴ電極の共振周波数がＰｒｆ曲線形に変化することが分かる。
【0061】
図４は入力フィンガーメタライゼーション（Ｍｉ）及び出力フィンガーメタライゼーション（Ｍｏ）の値を同一値にして０．４～０．６まで変化させたとき、直列に連結されたＳＡＷ共振器の共振周波数はＳｒｆ曲線形に変化し、並列に連結されたＳＡＷ共振器の共振周波数はＰｒｆ曲線形に変化する。
【0062】
図４に示すように、入力フィンガーメタライゼーション及び出力フィンガーメタライゼーションの組合せを適切に選択すると、そのような組合せを有するＳＡＷ共振器を直列及び並列に連結して構成されたＳＡＷフィルターで望む直列共振周波数及び並列共振周波数を有するようにすることができる。
【0063】
ここで、ＳＡＷ共振器の品質因子（Ｑ）は下の数学式７のように示すことができる。
【0064】
【数7】
【0065】
ここで、ωは角周波数を示し、τｇｄは群遅延（ｇｒｏｕｐ ｄｅｌａｙ）であり、
によって計算することができる。Ｓ１１は散乱パラメータから計算することができる。
【数8】
【0066】
前記数学式７で示すように、品質因子Ｑ（ω）は周波数（ω）の関数であるので、ＳＡＷ共振器において入力フィンガーメタライゼーション及び出力フィンガーメタライゼーションの組合せを適切に選択すると、所望の共振周波数の特性を有するＳＡＷフィルターの設計が可能であり、周波数の関数である品質因子も向上させることができる。
【0067】
すなわち、ＳＡＷ共振器において所望の周波数で最高の品質因子を有する入力フィンガーメタライゼーション及び出力フィンガーメタライゼーションの組合せを捜すことができ、よって品質因子が向上したＳＡＷ共振器及びＳＡＷフィルターの設計が可能である。
【0068】
図５は、ＳＡＷ共振器においてＩＤＴ電極の同じ区間長Ｌｐを持って入力フィンガーメタライゼーション（Ｍｉ）及び出力フィンガーメタライゼーション（Ｍｏ）の値を変化させたときの周波数範囲による品質因子（Ｑ）の変化を示す。
【0069】
図５で、ＳＡＷ共振器のＩＤＴ電極の区間長Ｌｐが０．８μｍの場合、Ａ１曲線は入力フィンガーメタライゼーション及び出力フィンガーメタライゼーションがそれぞれ０．５２５の場合の曲線であり、Ａ２曲線は入力フィンガーメタライゼーション及び出力フィンガーメタライゼーションがそれぞれ０．５の場合の曲線であり、Ａ３曲線は入力フィンガーメタライゼーション及び出力フィンガーメタライゼーションがそれぞれ０．４７５の場合の曲線である。
【0070】
図５に示すように、入力フィンガーメタライゼーション及び出力フィンガーメタライゼーションを変化させながらＳＡＷ共振器の品質因子を向上させることができるという事実が分かる。
【0071】
図６は複数のＳＡＷ共振器を直列及び並列に連結して構成したＳＡＷフィルターにおいて、直列に連結されたＳＡＷ共振器Ｓ１の入力フィンガーメタライゼーション及び並列に連結されたＳＡＷ共振器Ｐ１の入力フィンガーメタライゼーションの値を変更することによる周波数と挿入損失との関係を示すグラフである。
【0072】
図６で、Ｂ１曲線は直列連結ＳＡＷ共振器Ｓ１の入力フィンガーメタライゼーション値及び並列連結ＳＡＷ共振器Ｐ１の入力フィンガーメタライゼーション値がそれぞれ０．５の場合のＳＡＷフィルターの周波数に対する挿入損失のグラフを示し、Ｂ２曲線は直列連結ＳＡＷ共振器Ｓ１の入力フィンガーメタライゼーション値が０．４７３０であり、並列連結ＳＡＷ共振器Ｐ１の入力フィンガーメタライゼーション値が０．５５である場合のＳＡＷフィルターの周波数に対する挿入損失のグラフを示す。
【0073】
図６に示すように、入力フィンガーメタライゼーション値の変化によってＢ１曲線からＢ２曲線に変化することにより、通過帯域（Ｐａｓｓｂａｎｄ）から阻止帯域（Ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ）に至る周波数区間が、図６に示すように、ａだけもっと短くなり、挿入損失もＢ１曲線の場合に比べてＢ２曲線の場合がもっと向上したことが分かる。
【0074】
本発明の一実施例によるＳＡＷフィルターは、複数のＳＡＷ共振器が直列及び並列に連結されて構成され、直列に連結される複数のＳＡＷ共振器の入力フィンガーメタライゼーションは０．４１～０．４８の範囲内の値を有するようにし、出力フィンガーメタライゼーションは０．５２～０．５９の範囲内の値を有するようにし、並列に連結される複数のＳＡＷ共振器の入力フィンガーメタライゼーションは０．５２～０．５５の範囲内の値を有するようにし、出力フィンガーメタライゼーションは０．４８～０．５５の範囲内の値を有するように構成することにより、品質因子がより向上したＳＡＷフィルターを得ることができる。
【0075】
以上で説明したように、本発明によるＳＡＷ共振器の設計方法、及びＳＡＷフィルター及びその設計方法は、ＳＡＷ共振器の材料を変更するか又は製造工程を変更することなしに、ＳＡＷ共振器のＩＤＴ電極において入力ＩＤＴフィンガー、出力ＩＤＴフィンガー、及びフィンガーの間の間隔などの構造を最適の条件に設計することにより、ＳＡＷ共振器の品質因子を向上させることができ、このようなＳＡＷ共振器を用いてＳＡＷフィルターを構成することにより、低い挿入損失及び向上した周波数特性を得ることができる特徴及び利点がある。
【産業上の利用可能性】
【0076】
本発明によるＳＡＷ共振器の設計方法、ＳＡＷフィルター及びその設計方法、並びにこれを実行できるプログラム命令を備えるコンピュータプログラムは、当該設計方法によるプロセスをアルゴリズムで具現して該当機能を実行するソフトウェア又はそのような機能を行うコンピュータやＳＡＷ共振器又はフィルターの設計や製作のための装備に適用してＳＡＷ共振器やＳＡＷフィルターの設計のための技術分野で産業上利用可能性を有する。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【国際調査報告】